流水线的工具装置、流水线和用于制造热加工构件的方法与流程

本发明涉及一种用于集成在流水线中的工具装置，该流水线用于制造由从热成形钢带制成的薄板构成的热加工构件，本发明涉及一种具有该工具装置的流水线。本发明还涉及一种用于通过上述的流水线制造由薄板构成的热加工构件的方法。

背景技术：

在现有技术中已知这种流水线，在其中薄板被热加工并且接着被模压淬火，以便由此生产热加工构件。

例如，专利文献de102012110649b3作为最接近现有技术公开了一种用于生产热加工的和模压淬火的钢板产品的热成形流水线。该热成形流水线具有用于薄板的温度控制的温度控制站和用于薄板的热加工的、与温度控制站有距离地并且单独地布置的热成形工具。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种在功能上改进的工具装置(werkzeuganordnung)，该工具装置用于集成在用于制造由薄板构成的热加工构件的流水线中。

所述技术问题通过按照本发明的工具装置解决，即一种工具装置，尤其是连续工具，用于集成在用于由薄板制成热加工构件的流水线中，薄板由热成形钢带加工，所述工具装置具有：

壳体，壳体限定出工具装置相对于工具装置的环境的内部空间，

用于薄板的温度控制的温度控制站，

用于薄板的热加工的热加工站，

其中，温度控制站和热加工站共同布置在内部空间中。

所述技术问题通过按照本发明的流水线解决，即一种流水线，其具有按照本发明的工具装置，其中，所述流水线包括薄板，其中在温度控制站和热加工站之间的传送路程具有长度，所述长度相应于薄板的沿行进方向定向的最大的宽度和间隙的宽度。

所述技术问题通过按照本发明的方法解决，即一种用于通过流水线、尤其按照本发明的流水线制造由薄板构成的热加工构件的方法，其中，所述流水线包括薄板和工具装置、优选按照本发明的工具装置，其中，工具装置包括薄板在其中温度控制的温度控制站，其中，工具装置包括壳体，壳体限定出工具装置相对于工具装置的环境的内部空间，其中，工具装置包括薄板在其中热加工的热加工站，其中，温度控制站和热加工站共同布置在内部空间中。

在此提供一种工具装置、尤其一种连续工具，该工具装置被构造用于集成在流水线中。在流水线中可以由薄板、尤其包括钢合金的薄板生产热加工构件。薄板指的是由热成形钢带加工、尤其切割成的部件，其中，热成形钢带尤其包括钢合金。优选地，薄板或者热成形钢带由未镀层的钢合金、例如由硼锰钢构成。备选地，薄板或者热成形钢带可以包括钢合金和例如由铝或者锌构成的金属层。例如由薄板构成的热加工构件构造为钢板部件，例如车辆部件、尤其车身部件。

工具装置具有壳体。壳体限定出工具装置相对于工具装置的环境的内部空间。优选地，壳体完全地包围工具装置。尤其地，在生产热加工构件期间壳体是关闭的。为了导入热成形钢带和为了从工具装置中取出热加工构件，壳体可以被打开。优选地，壳体为此具有第一和第二闸门。

例如，工具装置包括上部工具和下部工具，它们通过至少一个用于加工薄板和/或热加工构件的工具行程(werkzeughub)构成。优选地，内部空间布置在上部工具和下部工具之间。在此优选的是，上部工具和下部工具自身构成壳体的一部分。可选的是，工具装置、尤其壳体具有平衡元件，平衡元件用于平衡工具行程和用于相对环境密封式地区隔。沿行进方向工具通过第一和第二闸门相对环境区隔。

第一闸门可以优选地实施在切割站之前，第二闸门优选地实施在变形站之后、尤其在分离装置之后。不过闸门在工具装置内部的位置也是可以的，其中优选地，温度控制站、热加工站以及硬化装置应位于两个闸门之间并在内部空间中。

工具装置包括温度控制站，温度控制站构造用于薄板的温度控制或温度调节。优选地，温度控制站构造为使薄板至少部段式地加热到至少400摄氏度、尤其到至少700摄氏度、特别到至少900摄氏度和/或到最大1100摄氏度。

工具装置具有热加工站，热加工站构造用于薄板的热加工。例如，热加工站构造为热加工压力机。温度控制站和热加工站共同布置在工具装置的内部空间中。优选地，热加工站接在温度控制站之后地布置在内部空间中。尤其地，温度控制站和热加工站被工具装置的壳体完全地包围。

有利的是，通过共同布置在工具装置的内部空间中可以减小和/或很大地避免薄板的通常出现在从温度控制站到热加工站传送时的热量损失。尤其对于具有小于1mm的材料厚度的薄的薄板这是特别有利的，因为其比具有较大材料厚度的薄板更快冷却。有利的还有，通过避免薄板的快速冷却可以实现相对于不具有壳体的传统工具装置至少30％的能量节约。由此可以尤其节省用于加工热加工构件的能源成本并且可以节约资源地生产。

本发明的优选的实施方式规定，工具装置的内部空间相对于工具装置的环境可以气密式地屏蔽。尤其地，内部空间通过壳体相对于环境气密式地屏蔽。在本发明的范围内还可能的是，工具装置包括保护气装置，保护气装置构造用于在工具装置的内部空间中产生保护气气氛。例如，保护气气氛可以通过壳体构成。由此可以避免尤其在各站之间传送期间薄板上生成氧化皮。此外，可以不再使用昂贵的薄板覆层用于避免生成氧化皮。

在本发明优选的实施方式中，温度控制站和热加工站通过工具装置的传送带互相连接。优选的是，传送带构造用于从温度控制站向热加工站内传送薄板。尤其地，薄板在温度控制站和热加工站之间传送时传送带驶过的传送路程仅布置在工具装置的内部空间中。特殊地，在两个站之间的传送期间薄板不与环境发生接触。由此可以使内部空间和薄板的温度保持尽可能不变。可以明显地减少薄板传送期间的热量损失。

本发明的优选的实施方式规定，传送带由热成形钢带构成。尤其地，热成形钢带作为传送带按如下制造，使得薄板通过同样由热成形钢带加工的薄板连接件、例如连接片或者环件与这样产生的传送带保持连接。在本发明范围内还可能的是，传送带构造为输送带或者链条。

在本发明的优选实施方式中，热加工站包括硬化装置。尤其地，硬化装置集成在热加工站中。特殊地，硬化装置布置在工具装置的内部空间中。优选地，硬化装置构造为冷却由薄板变形的热加工构件，以便产生预期的材料性质。通过在硬化装置内的不同的冷却条件也可以在完全硬化的热加工构件之外还生产在至少一个区域部分地硬化的热加工构件，以便在优选更高的延展性的情况下具有另外的强度级别。可选地作为补充的是，硬化装置例如包括冷却装置，冷却装置用于使热加工构件冷却至近似地相应于或者相等于环境的环境温度的温度。

在本发明的优选的实施方式中，温度控制站具有热源，热源构造用于温度控制、尤其加热薄板。优选的是，热源构造为感应式热源、电阻式热源或者接触式热源。在本发明中还可能的是，温度控制站设计用于加热薄板的至少一个部段和同时用于冷却薄板的至少一个另外的部段。为了部段的冷却，温度控制站可以除了热源还具有冷源，例如以冷却剂填充的管路。

备选地或者可选地作为补充地，温度控制站构造为，将薄板的至少一个第一部段加热到第一温度和将薄板的至少一个第二部段加热到第二温度。尤其地，应该由此在薄板的各个部段中实现不同的组织和/或晶格状态，例如铁氧体、奥氏体或者珠光体等等，以便在之后的热加工构件中由此构成不同硬度的部段。为了第二部段加热至第二温度，温度控制站优选地包括至少一个独立的热传导区域，使得最开始的可用热能在该区域中不能完全地传导到薄板上。备选地或者可选地作为补充地，第二热传导区域与薄板的第二部段有距离地布置，并且以此向第二部段上传导较少的热能。优选地，温度控制站为了包括第一部段包括至少一个第一热传导区域，第一热传导区域完全接触薄板的第一部段并且因此在该区域中可用的热能可以完全地传导到薄板上。

备选地，温度控制站也可以具备多个级别，用于产生需要的结构和/或结晶状态的必要的加热分布在所述级别上，以便能相应地减少总流程的生产周期。

在温度控制站中优选地仅加热薄板的区域，必要时也加热薄板连接件的区域，尤其是在传送带构造为热成形钢带时。特别优选的是，传送带作为热成形钢带不加热或者几乎不加热，以便消除热畸变效果和/或不通过热量输入对传送装置内的强度有不利的影响。

可选的是，工具装置包括准备站，在准备站上热成形钢带准备用于在其他站内的进一步的处理。优选的是，热成形钢带在准备站中卷起为卷材、尤其所谓的绕卷(coil)。为了从热成形钢带制成薄板，卷材被逐渐卷开并且优选地导入为了从热成形钢带切割薄板的切割站。

优选地，工具装置包括切割站，切割站设计用于从热成形钢带切割出薄板。尤其地，切割站布置在工具装置的内部空间中。其具有的优点在于，由于在空间上靠近温度控制站所以可以减小传送路程和/或传送时间并且可以由此减少在工具装置中和/或在流水线中用于生产热加工构件的生产周期。

在本发明的范围中还可能的是，工具装置包括用于薄板的冷加工和/或精切的冷加工站。尤其地，冷加工站构造用于薄板的冷加工和/或后期切割。尤其优选的是，冷加工站仅布置在工具装置的内部空间中。优选的是，冷加工站在工具装置的内部空间中接在切割站之后和/或布置在切割站和温度控制站之间。

本发明还涉及一种流水线，其具有按照本发明的工具装置。流水线包括薄板并且优选地包括热成形钢带。

在本发明优选的实施方式中，薄板具有宽度，当薄板在传送带上传送时所述宽度沿行进方向定向。在温度控制站和热加工站之间的传送路程具有长度，其相应于最大两倍的薄板宽度、优选相应于最大1.5倍的薄板宽度并且尤其相应于最大薄板宽度。尤其地，在传送装置构造为通过热成形钢带构成的传送带时，最大的传送路程优选地由薄板的宽和在传送带上布置在两个薄板之间的间隙得出。由此可以以有利的方式实现减小到最小的传送路程，使得在温度控制站和热加工站之间传送时可以最大程度地限制薄板的冷却。

优选的是，薄板在温度控制站中可以部段式地、尤其选择式地或者完全地加热。优选地这可以通过薄板的上述的部段式的加热、例如通过温度控制站的不同的热传递区域进行。

在本发明的优选实施方式中，流水线包括热加工构件，热加工构件由薄板制成。优选地，当温度控制站装载了薄板时，薄板具有装载状态。当薄板作为热加工构件从热加工站输出时，薄板具有输出状态。

在本发明的优选实施方式中，薄板在装载状态中具有第一部件温度，第一部件温度相应于和/或等于环境的环境温度。在输出状态中，热加工构件具有第二部件温度。特别优选的是，第二部件温度提高了第一部件温度的最大百分之50、优选最大百分之35、特殊地最大百分之20。尤其地，第二部件温度近似和/或相等于环境的环境温度。冷却至近似环境温度例如通过集成在硬化站中的冷却装置实现。其优点在于，在热加工构件从工具装置通过闸门输出时和/或输出后，环境不被明显加热。因此可以避免环境的环境温度不会升至令人不适的较高的值。此外当热加工构件大概处于环境温度时其还可以被简便和安全地处理。

本发明还涉及一种方法，即一种用于通过流水线、尤其按照本发明的流水线制造由薄板构成热加工构件的方法，其中，所述流水线包括薄板和工具装置、优选按照本发明的工具装置，其中，工具装置包括薄板在其中温度控制的温度控制站，其中，工具装置包括壳体，壳体限定出工具装置相对于工具装置的环境的内部空间，其中，工具装置包括薄板在其中热加工的热加工站，其中，温度控制站和热加工站共同布置在内部空间中。

附图说明

本发明的其它特征、优点和功能由下面的本发明优选实施例的说明得出。附图中：

图1示出具有多个加工站的、用于集成在用于制造由薄板构成热加工构件的流水线中的工具装置，其中，加工站布置在工具装置的内部空间中；

图2示出图1中的流水线，其中热加工构件由薄板构成，其中薄板事先由热成形钢带切割得到；

图3以作为连续工具的总视图示出剖切工具装置的变型设计的纵截面，其中，加工站布置在连续工具的内部。

相互对应的或者相同的部分在附图中分别配设相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出工具装置1，其用于集成在流水线2中。流水线2构造用于从薄板4(图2)制造热加工构件5(图2)。薄板4由热成形钢带3(图2)加工、尤其由热成形钢带3切割而成。薄板4或者热成形钢带3由未覆层的或者覆层的钢合金构造。在流水线2中加工的热加工构件5构造为钢板件、例如车辆部件、尤其车辆的车身部件。

工具装置1具有壳体6，壳体相对于工具装置1的环境8限定出工具装置1。壳体6完全地包围工具装置1的内部空间7。工具装置1是密封式地、尤其通过壳体6从环境8中锁闭的。尤其地，工具装置1例如通过壳体6气密式地相对环境8锁闭。工具装置1包括保护气装置，保护气装置例如通过壳体6构成。由此使得在壳体6关闭时在内部空间7中笼罩有保护气气氛，以便避免在布置于内部空间7内的温度控制站13和热加工站14之间传送时薄板4上生成氧化皮。

壳体6具有第一闸门9a和第二闸门9b，通过闸门可以开启工具装置1。热成形钢带3通过第一闸门9a导入工具装置1。加工成的热加工构件5(图2)通过第二闸门9b从工具装置1中输出。

工具装置1具有准备站10、切割站11、可选的冷加工冷加工站12、温度控制站13和热加工站14。热加工站14包括硬化装置14a和可选的分离装置14b。

在准备站10上，热成形钢带3(图2)以卷材的形式、尤其以所谓的绕卷(coil)的形式准备。切割站11从热成形钢带3上切割薄板4(图2)。其在冷加工冷加工站12上变形，例如精切、冲裁和/或弯曲。

在温度控制站13中，薄板4部段式地或者完全地进行温度控制、尤其加热。为此，温度控制站13包括感应式地、电阻式地或者接触式地工作的热源。尤其地，薄板4在温度控制站13中部段式地或者完全地被调温到、尤其加热到最小400摄氏度、尤其最少700摄氏度、特殊地最少900摄氏度和/或最大1000摄氏度。

在薄板4部段式的温度控制中，薄板4的至少一个第一部段4a(图2)加热到第一温度，薄板4的至少一个第二部段4b(图2)加热到第二温度，其中，两个温度互相不一样。为此，温度控制站13具有例如第一和第二温度控制元件20、21(图3)。由此在薄板4的钢合金中在第一和第二部段4a、4b中构成不同的组织和/或晶格状态。在之后的热加工构件5中由此构成不同硬度的部段。还可能的是，温度控制站13包括冷却装置20、21作为第一或第二温度控制元件，冷却部段4a、4b中的一个被冷却，相对地另一个部段被加热。

热加工站14例如构造为热加工压力机。其将被调温的薄板4例如在深冲过程中变形为热加工构件5。特别重要的是，薄板4具有适合用于热加工的温度。由于工具装置1的内部空间7通过壳体6密封式地闭塞，所以可以明显减小在薄板4从温度控制站13至热加工站14的传送时的热量损失。这对于薄的薄板4、例如具有小于1mm的厚度的薄板是有优点的，因为这种薄板比具有较大厚度的薄板4冷却的更快。

通过集成在热加工站14中的硬化装置14a使得热加工构件5通过冷却而硬化。为此，硬化装置14a包括冷却装置22(图3)。分离装置14b从至少一个薄板连接件17分离薄板4，薄板4尤其当传送装置15通过热成形钢带3构成时、通过薄板连接件连接在至少一个传送装置15上。

前述站10、11、12、13、14是一个接一个连接的和/或串联地布置的。在此，准备单元10布置在内部空间7之外，其他站11、12、13、14、14a、14b布置在工具装置1的内部空间7中。在准备站10中准备的热成形钢带3通过第一闸门9a导至切割站11。为此，站10、11、12、13、14通过工具装置1的至少一个传送装置15(图2)相互连接。薄板4由此可以从准备站10至切割站11，经冷加工冷加工站12和温度控制站13直到热加工站14传送。在各站10、11、12、13、14之间的由传送装置15驶过的传送路程构造得尽可能的短，以便缩短工具装置1的生产周期和以此节省成本。

输送装置15可以通过传统的输送带或者链条构成。图2示出输送装置15作为通过热成形钢带3构成的传送带，其中，热成形钢带3从准备站10作为制前薄板3a导入切割站11用于切割和用于构成薄板4。单个薄板4在传送带15上通过间隙23相互间隔地布置。薄板4在其边缘16上可选地通过至少一个薄板连接件17连接在通过热成形钢带3构成的传送带上。可选地，热加工站14包括用于使由薄板4构成的热加工构件5从薄板连接件17分离的分离装置14b。

图2示出流水线2，其具有热成形钢带3、薄板4和热加工构件5。如图1所示，流水线2包括具有前述站10、11、12、13、14、14a、14b和传送装置15的工具装置1。

热成形钢带3作为卷材或者所谓的绕卷(coil)在准备站10上准备并且卷开。热成形钢带3的自由端部和在其上相接的制前薄板3a传送到切割站11并在那里切割成薄板4。

若存在可选的冷加工冷加工站12，则薄板4通过传送装置15传送到冷加工冷加工站。薄板4在那里冷加工，例如精切、冲裁和/或弯曲。

薄板4通过传送装置15继续传送至温度控制站13。在温度控制站13中薄板4被温度控制、尤其加热到一个确定的温度或者部段式地加热到多个不同的温度，用于实现薄板4的后续热加工。

在图2中示出薄板4的部段式的加热，其中，薄板4的第一部段4a具有与薄板4的第二部段4b不同的其他的温度。温度控制站13具有至少一个第一热传导区域，第一热传导区域加热第一部段4a，方法是第一热传导区域例如完全地接触第一部段4a并且由此使得在该区域中可用的热量完全地传导至薄板4上。为了将第二部段4b加热到另外的温度，温度控制站13包括至少一个独立的和/或与第二部段有距离地布置的热传导区域，使得一开始可用的热量在该区域中不完全地传导至薄板4上。在薄板4部段式地或者完全地加热后，传送装置15将薄板4直接传送至热加工站14。

在温度控制站13和热加工站14之间的传送路程w具有长度，该长度相应于最大两倍的、优选地最大1.5倍的并且尤其最大为薄板4的宽度，其中，在薄板4在传送装置15上传送时，薄板4的宽度b沿行进方向r延伸。当传送装置15构造为通过热成形钢带3构成的传送带时，传送路程w优选地由薄板宽度b和间隙23得出。具有的优点尤其在于，在温度控制站13和热加工站14之间的传送路程w被减小，因为以此可以限制在传送期间薄板4的冷却并且由此可以使得用于工具装置1的能源成本最多节省30％。

经调温的薄板4在热加工站14中热加工、尤其深冲和/或压制成为热加工构件5。接着热加工构件5在热加工站14的硬化装置14a中硬化，方法是其在那里被剧烈冷却。薄板连接件17在分离站14b中分离。接着硬化的和冷却的热加工构件5从热加工站14中并且通过闸门9从工具装置中输出。

当热加工站14装载薄板4时，薄板4具有第一部件温度。在由薄板4加工的热加工构件5从热加工站14输出时其具有第二部件温度。第二部件温度相应于或者近似等于环境8的环境温度。尤其地，第二部件温度相对第一部件温度升高最大百分之50、优选地百分之35、特殊地百分之20。由于部件温度适配于环境温度，所以从工具装置1输出之后的热加工构件5可以实现方便地和安全地被处理。此外，环境温度不会通过从工具装置1输出的热加工构件5非预期地加热。

图3示出通过作为本发明的其他实施例的工具装置1的纵截面。工具装置1构造为连续工具。工具装置1具有上部工具18和下部工具19。上部工具18和下部工具19与闸门9a、9b共同围出内部空间7。壳体6向上和向下尤其通过上部工具18和下部工具19构成。在端侧上，第一和第二闸门9a、9b构成隔板。可选地作为补充地，工具装置1的纵向侧通过平衡元件隔离，尤其当纵向侧通过工具行程暴露时。

内部空间7相对于环境8气密式地、尤其密封地隔离。准备站10布置在环境8中在内部空间7外。所有其余站11、12(可选)、13、14、14a、14b都布置在内部空间7中。第一闸门9a保证气密式的隔离和必要时保证在内部空间7中的保护气气氛，热成形钢带3首先通过第一闸门9a导向切割站11。

按照图3，温度控制站13分成两个级别，以便获得两个节奏的温度控制时间。不过也可以实施为具有一个级别或者多于两个级别的实施方式。在图3所示的第一级别中，温度控制站13具有第一温度控制元件20用于薄板4的或者薄板4的区域的温度预控制。在第二级别中，温度控制站13具有第二温度控制元件21用于将薄板4的或者薄板4的区域温度控制到所需的最终温度。热加工站14和硬化站14a设置在一个级别中。

上文中已经详细公开了至少一个实施例，但是要承认存在大量按照本发明的变型设计方案。同样要承认，至少一个实施例仅具有示例性特征并且不是对保护范围、应用领域或者配置的限制。确切地说，本公开内容是实施至少一个实施例的指引。因此应该承认，可以实施至少一个实施例的元件的功能或者布置的不同变型，而不脱离通过权利要求和其等效范围确定的范围。

附图标记列表

1工具装置

2流水线

3热成形钢带

3a制前薄板

4薄板

4a第一部段

4b第二部段

5热加工构件

6壳体

7内部空间

8环境

9a前部的闸门

9b后部的闸门

10切割站

11冷加工冷加工站

12温度控制站

13热加工站

14a硬化装置

14b分离装置

15传送装置

16薄板边

17薄板连接件

18上部工具

19下部工具

20第一温度控制元件

21第二温度控制元件

22冷却装置

23薄板之间的间隙

b宽度

r行进方向

w传送路程