本發明涉及一種包括用于加熱組件的爐和用于隨后對加熱后的組件進行壓制硬化（press?hardening）的壓制裝置的裝置。本發明還涉及該裝置的用途以及使用該裝置加工組件的方法。本發明尤其可用于汽車制造領域中的車身零件生產。
背景技術：
1、已知的是，將金屬組件加熱然后進行壓制硬化。通常使用包括爐和壓制裝置的裝置來實現此目的。爐通常具有爐腔，在爐腔內形成組件平面。可以用爐對容納在組件平面中的組件進行加熱。壓制裝置設計用于對以這種方式在爐中加熱的組件進行壓制硬化，并布置在爐的下游。
2、為壓制硬化而加熱組件通常是能耗密集的。因此，需要能夠更高效地加熱組件。
技術實現思路
1、本發明的目的是提供一種能夠以節能方式對組件進行壓制硬化和加熱的裝置。
2、該目的通過根據獨立權利要求的裝置、用途和方法來解決。
3、根據本發明，提出了一種裝置，其包括：
4、-?具有爐腔的爐，其中在所述爐腔內形成組件平面，其中所述爐被設計用于加熱容納在所述組件平面中的組件，其中所述爐具有至少一對氣體入口和與所述氣體入口相關聯的流量放大器，所述氣體入口用于將氣體引入所述爐腔中，其中所述流量放大器被布置在所述爐腔內，并被設計用于增強從與所述流量放大器相關聯的氣體入口發出的氣流，
5、-?壓制裝置，所述壓制裝置被設計用于對在所述爐中加熱的組件進行壓制硬化，并直接或間接地布置在所述爐的下游。
6、利用所述裝置，可以首先加熱組件，然后進行壓制硬化。加熱在爐中進行，壓制硬化在壓制裝置中進行。在這方面，壓制裝置直接或間接地布置在爐的下游。在正常運行中，組件首先在爐中加熱，然后轉移到壓制裝置，最后在壓制裝置中進行壓制硬化。組件的加熱和壓制硬化在此也統稱為處理組件。
7、該裝置尤其可用于加熱和壓制硬化金屬組件。然而，實際上用該裝置處理哪種組件自然取決于該裝置的使用方式。因此，該裝置優選用于加熱和壓制硬化金屬組件，特別優選鋼組件。組件優選為帶涂層的，尤其是具有至少在爐中加熱前具有反射性的涂層。組件特別優選涂覆有alsi或鋅。
8、用所述裝置處理的組件優選為用于機動車車身的組件。壓制硬化尤其可以為此類組件實現有利的性能。然而，所述裝置也可用于任何其他先加熱后壓制硬化組件的場合。
9、壓制裝置直接或間接地位于爐的下游。如果組件在離開爐后進入壓制裝置而在此期間不在另一設備中處理，則壓制裝置直接位于爐的下游。如果組件在離開爐后首先進入一個或多個其他設備，然后才進入壓制裝置，則壓制裝置間接位于爐的下游。
10、特別地，組件可以首先在爐中加熱，然后在回火站（tempering?station）中進行局部不同的熱處理，然后才被送入壓制裝置。回火站中局部不同的熱處理用于賦予組件局部不同的微觀組織組成，從而賦予組件局部不同的延展性。組件也可以首先在爐中加熱，然后在回火站中進行局部不同的熱處理，然后在另一個爐中加熱，然后才被送入壓制裝置。附加的爐用于減小在回火站中設定的組件各區域之間的溫差，以減少壓制硬化過程中的組件變形。
11、描述的所述裝置的爐使得組件能夠被特別高效地加熱。這從根本上說是獨立于隨后在壓制裝置中進行的壓制硬化的一個優勢。然而，與壓制裝置組合可以產生進一步的優勢。為壓制硬化目的而加熱通常需要相當大尺寸的爐。這會產生相應較高的成本并需要大量空間。然而，使用較小尺寸的傳統爐，加熱組件需要相應較長的時間。則壓制硬化不能以所使用的壓制裝置所能達到的循環速率來進行。因此，所述爐與壓制裝置的組合提供了特別的優勢，即相對較小的爐就足以使壓制裝置以全速使用。這意味著可以以較低的成本和較小的空間需求實現短的循環時間。短的循環時間在許多應用中特別有價值。
12、所述爐具有爐腔。當組件位于爐腔中時，可以對其進行加熱。在爐腔內部形成組件平面。這意味著組件平面具有至少一個在爐腔內部形成的區段。組件平面也可以且優選延伸到爐腔之外。可以在組件的輸送方向上在爐前設置組件入口，其構成組件平面的一部分。可以在爐和壓制裝置之間設置轉移裝置，其構成組件平面的一部分。壓制裝置也可以構成組件平面的一部分。
13、所述爐被設計用于加熱容納在組件平面中的組件。爐優選地設計為連續爐，尤其是輥底爐。在這種情況下，組件平面可以由輥道形成。然而，無論爐的類型如何，都可以實現本文所述裝置的優勢。特別是，組件在加熱期間是被輸送通過爐還是保持靜止都是無關緊要的。因此，爐也可以例如是箱式爐，尤其是多層箱式爐。爐也可以設計為間歇式爐。
14、所述爐的加熱方式對于所述裝置的功能也是無關緊要的。例如，可以在爐腔中使用輻射管，在輻射管中燃燒氣體作為燃料。位于爐中的組件通過輻射管的熱輻射來加熱。作為這種氣體加熱的替代方案或補充方案，爐也可以例如通過電力來加熱。
15、在爐中可以特別通過輻射熱和/或對流來加熱組件。本發明基于這樣的認識，即通過增強對流加熱可以加速組件的加熱。這尤其適用于具有alsi涂層的鋼組件。這樣的組件具有相對較高反射性的表面，特別是當alsi涂層熔化時。如果通過熱輻射加熱這樣的組件，相當比例的能量被組件反射而不是被其吸收。因此，通過加強對流加熱，可以使加熱過程更加節能。
16、本發明還基于這樣的見解，即加強對流加熱不僅在alsi涂層的鋼組件中提高能效，而且在具有其他涂層的組件甚至未涂覆的組件中也能提高能效。對于具有高反射性表面的組件，可以實現特別顯著的效率提升。因此，該裝置優選與在加熱步驟的至少部分時間內其表面具有反射性的組件一起使用。然而，對流加熱也可用于弱反射性或非反射性表面的組件。在這方面，本發明也允許對弱反射性或非反射性表面的組件實現效率的提升。因此，所述裝置可有利地用于任何組件。
17、此外，本發明基于實現所期望的對流加熱增強的方式。為此，設置所述爐具有至少一對氣體入口和與該氣體入口相關聯的流量放大器，該氣體入口用于將氣體引入爐腔。流量放大器被布置在爐腔內部，并設計用于增強從與該流量放大器相關聯的氣體入口發出的氣流。
18、所述爐具有一個或多個氣體入口。具有多個氣體入口的情況是優選的。然而，為簡單起見，首先描述僅具有一個氣體入口的情況。氣體可以通過氣體入口引入爐腔中。優選地，氣體為壓縮空氣。因此，氣體入口也可以稱為壓縮空氣入口。然而，氣體不必滿足空氣的定義。替代地，例如也可以使用氮氣作為氣體。也可以使用另一種氣體來設定期望的爐內氣氛。
19、氣體可以通過氣體入口引入爐腔中，該氣體形成爐內氣氛或至少對爐內氣氛有所貢獻。將氣體引入爐腔中尤其可以去除爐腔中的水分。這樣的水分可能對組件和/或爐造成損害。優選地，氣體是經干燥的。例如，氣體可以首先通過干燥器然后進入爐腔。特別是，壓縮空氣可以通過空氣干燥器然后進入爐腔。然而，也可以用未處理的氣體（特別是未處理的壓縮空氣）來去除爐腔中的水分。這可以僅通過氣體在爐腔內的運動來實現。
20、將氣體引入爐中本身是已知的。然而，根據本發明，從氣體入口排出的氣體的流量被放大。為此，在爐腔中設置流量放大器。流量放大器被分配給（或對應于）氣體入口。這等同于氣體入口被分配給流量放大器。因此，在此也提到了由流量放大器和氣體入口組成的對。如果爐具有多個這樣的對，這尤其相關。一個對中的流量放大器和氣體入口的關聯在于，流量放大器被設計用于放大從該氣體入口發出的氣流。
21、流量放大器也可以稱為氣流放大器。然而，從氣體入口排出的氣體不一定是空氣。因此，通常也可以使用氣體流量放大器這一術語。流量放大器被設計用于放大氣流。流量放大器也可以同義地稱為對流模塊或對流元件。流量放大器用于加強組件的對流加熱。
22、流量放大器增強組件的對流加熱。這使得組件能夠被特別快速和節能地加熱。本發明的這一優勢僅用一對氣體入口和流量放大器即可實現。然而，通常提供的這樣的對越多，實現的優勢越大。在這種情況下，每個氣體入口被分配一個流量放大器。然而，為簡單起見，在此主要描述僅有一個這樣的對的情況。對該對的描述也類似地適用于其他對。除了至少一對氣體入口和流量放大器之外，還可以且甚至優選設置沒有相關聯的流量放大器的附加氣體入口，以實現期望的爐內氣氛。這些附加氣體入口不是本文所述的對的一部分，因此不再進一步描述。
23、流量放大器是位于爐腔內部的部件。流量放大器優選具有入口和出口。流量放大器被對齊為使得從相關聯的氣體入口排出的至少一部分氣流可以通過入口進入流量放大器。該氣流可以以放大的方式從流量放大器的出口排出。由于質量守恒，氣流的放大要求除了來自待放大氣流的氣體之外，還有其他氣體也進入流量放大器。該其他氣體可以通過入口和/或通過另一入口進入流量放大器。該其他氣體可以與來自待放大氣流的氣體具有相同或不同的化學組成。
24、從流量放大器排出的放大氣流可以被引導到不同的方向。本文所述的優勢通常可以通過以下事實來實現：爐腔內氣流的放大導致循環增加，從而增強對流加熱。
25、在一個優選實施例中，流量放大器被設計用于將從與該流量放大器相關聯的氣體入口發出的氣流沿組件平面的方向增強。在這種情況下，流量放大器被布置在與該流量放大器相關聯的氣體入口和組件平面之間。由流量放大器和氣體入口組成的對可以布置在組件平面的上方或下方。這允許加熱組件的頂部或底部。如果設置了多個對，它們可以全部布置在組件平面上方，全部布置在組件平面下方，或者部分布置在組件平面上方、部分布置在組件平面下方。因此，組件可以從組件平面上方單側、從組件平面下方單側或從兩側受到增強的氣流作用。在后一種情況下，組件可以通過對流被特別強烈地加熱。
26、放大優選地朝向垂直于組件平面的方向。在這種情況下，氣流也可以稱為沖擊流。然而，如果氣流以一定角度撞擊組件平面，也可以實現優勢。這在本文中也被視為“朝向組件平面”。通常，當氣流的中心位于與爐腔內的組件平面相交的軸線上時，放大的氣流朝向組件平面。例如，流量放大器也可以被配置為將從與該流量放大器相關聯的氣體入口發出的氣流沿與組件平面成30至60°范圍內的角度的方向增強。
27、在一種替代的優選實施例中，流量放大器被配置為將從與該流量放大器相關聯的氣體入口發出的氣流沿平行于組件平面的方向放大。在這種情況下，流量放大器不能位于與該流量放大器相關聯的氣體入口和組件平面之間。相反，流量放大器和相關聯的氣體入口或者布置在組件平面中、或者布置在其上方或下方，使得流量放大器和相關聯的氣體入口位于平行于組件平面的軸線上。氣流可以沿切線方向跨越組件表面。這也可以使組件被對流加熱。如果從流量放大器排出的放大氣流的中心位于組件平面中或最多在其上方或下方30?cm處，則尤其如此。即使與組件平面的距離更大，仍然可以實現優勢，因為從流量放大器排出的氣流使爐腔中的氣體整體運動。
28、如果設置了多個對，上述兩種實施例可以相互組合。這使得組件可以從多個方向和不同角度受到增強的氣流作用，并以相應的強度被對流加熱。流量放大器和氣體入口的對的第一部分被設計用于沿組件平面的方向放大從與該流量放大器相關聯的氣體入口發出的氣流。這些對可以全部布置在組件平面上方，全部布置在組件平面下方，或者部分布置在組件平面上方、部分布置在組件平面下方。這些對可以被設計為以相同或不同的角度向組件平面放大氣流。這些對的第二部分被設計用于沿平行于組件平面的方向放大從與該流量放大器相關聯的氣體入口發出的氣流。
29、在該裝置的一個優選實施例中，流量放大器是被動式的。
30、如果流量放大器在不被單獨供應能量的情況下放大輸入氣流，則該流量放大器是被動設計的。因此，驅動氣流的能量來自輸入氣流本身。被動式流量放大器這一術語應與主動式流量放大器這一術語形成對比來理解。主動式流量放大器例如是風扇或螺旋槳。作為本實施例的替代方案，優選流量放大器為主動設計的，尤其是作為風扇。因此，流量放大器不必是被動設計的。
31、然而，被動式流量放大器通常比主動式流量放大器更堅固。鑒于爐中的溫度條件，這一點尤其重要。此外，被動式流量放大器不需要向爐腔內鋪設能量供應管線。
32、被動流量放大可以例如通過以下方式實現：將來自氣體入口的氣體作為主要氣體引入流量放大器中，從而夾帶（entraining）流量放大器周圍環境中的氣體作為次級氣體。如果通過氣體入口將壓縮空氣引入爐腔，則該壓縮空氣也可以稱為主要空氣。如果流量放大器附近的空氣被夾帶，則也可以稱為次級空氣。通用術語主要氣體和次級氣體應做相應理解。特別是，這些術語的使用并不意味著主要氣體和次級氣體必須具有不同的化學組成。術語主要氣體和次級氣體僅涉及氣體的來源。
33、流量放大器可以通過各種方式利用其形狀來實現將從相關聯的氣體入口發出的氣流沿期望方向放大的所需功能。在最簡單的情況下，流量放大器是橫截面沿管長度方向變化的管。下面將更詳細地描述一種可能的設計。然而，無論使用哪種流量放大器的設計方案，都可以實現本文所述裝置的優勢。
34、在該裝置的另一優選實施例中，流量放大器具有空心體，該空心體在第一端面上具有入口開口且在與第一端面相對的第二端面上具有出口開口，其中入口開口面向與該流量放大器相關聯的氣體入口且出口開口面向組件平面，并且其中空心體的內部空間在入口開口和出口開口之間具有收縮部/收縮。
35、從氣體入口排出的氣體可以流入流量放大器的入口開口，穿過空心體的內部空間，并從出口開口排出。在此過程中，流量放大器周圍的氣體被夾帶。這放大了氣流。上述收縮部尤其有助于產生這種效果。
36、在該裝置的另一優選實施例中，空心體的內部空間被設計為相對于流量放大器的軸線旋轉對稱的，由此當從入口開口向出口開口的方向觀察時，流量放大器的軸線朝向組件平面。
37、旋轉對稱的設計在制造方面是有利的。當從入口開口向出口開口的方向觀察時流量放大器的軸線朝向組件平面意味著從流量放大器排出的放大氣流朝向組件平面。因此，氣體入口排出的氣流可以沿組件平面的方向被放大。
38、在該裝置的另一優選實施例中，流量放大器被設計為以從與該流量放大器相關聯的氣體入口供給的氣體作為主要氣體進行供給，并由此吸入流量放大器周圍的氣體作為次級氣體。
39、主要氣體優選為壓縮空氣。在這種情況下，主要氣體也可以稱為主要空氣。次級氣體優選為流量放大器周圍環境中的空氣。在這種情況下，次級氣體也可以稱為次級空氣。
40、作為本實施例的替代方案，例如可以設想將次級氣體單獨引入流量放大器。不一定必須從流量放大器的周圍環境中獲取次級氣體。然而，使用流量放大器周圍環境中的氣體作為次級氣體具有該氣體已經被加溫且隨時可用的優勢。
41、在該裝置的另一優選實施例中，爐為連續爐，其中爐具有多對，每對包括一個氣體入口和與其相關聯的流量放大器，其中沿爐的輸送方向觀察時這些對被布置在不同的位置。
42、本文所述的優勢原則上僅用一對氣體入口和流量放大器即可實現。然而，在連續爐中，組件在加熱過程中通過爐。因此，組件通常僅短暫地處于一對氣體入口和流量放大器的影響區域內。相反，如果如本實施例中所述，沿爐的長度方向布置多個這樣的對，則組件反復經過其中一個對。因此，可以在更大程度上實現本文所述的優勢。
43、在該裝置的另一優選實施例中，在由組件首先通過的爐的第一半部分中布置的所述對多于在由組件隨后通過的爐的第二半部分中布置的所述對。
44、在連續爐中，沿輸送方向的位置對應于逐漸進行的加熱。根據一對氣體入口和流量放大器布置的位置，由流量放大器放大的氣流因此會遇到加熱程度較大或較小的組件。已經發現，對流加熱的效果在加熱過程的初始階段特別顯著。這尤其適用于涂覆的組件，特別是涂覆有alsi或鋅的組件。在本實施例中，考慮到這一發現，在爐的第一半部分中布置的上述對的數量比第二半部分中更多。例如，僅在爐長度的前30至70%內設置這樣的對就足夠了。然而，在爐的后部也設置對并無害處。此外，在爐的后部設置沒有流量增強器的氣體入口也無害處。甚至優選的是，除了成對的氣體入口和流量放大器之外，還設置不帶相關聯的流量放大器的附加氣體入口，以實現期望的爐內氣氛。這些附加氣體入口不是本文所述的對的一部分，因此不再進一步描述。
45、涂覆的組件可能是反射性的，尤其是由于其涂層。輻射熱因此可能被組件反射而非被吸收。然而，組件的加熱越深入，涂層的反射就越少。這尤其適用于alsi和鋅。因此，將成對的氣體入口和流量放大器集中在爐的前部，尤其對涂覆的組件是有意義的。
46、涂層通常在熔融時反射性特別好。這尤其適用于alsi涂層。因此，成對的氣體入口和流量放大器優選位于預期涂層處于熔融狀態的位置。如果組件被加熱到涂層材料的熔化溫度以上并保持在涂層材料的熔化溫度以上足夠長的時間，則涂層材料擴散到組件其余部分的材料中。一旦擴散過程完成，組件通常反射性比之前顯著降低。
47、在該裝置的另一優選實施例中，爐為多層箱式爐。
48、在多層箱式爐（簡稱mlk）中，組件可以布置在多個層中。因此，可以設置多個組件層。
49、作為本發明的另一方面，提出了一種如所述設計的裝置的用途，其中金屬組件在爐中加熱，然后在壓制裝置中壓制硬化。
50、所述裝置的優勢和特征適用且可轉移至該用途，反之亦然。
51、金屬組件優選由以下材料之一制成：
52、未涂覆的鋼，
53、帶涂層的鋼，特別是alsi或鋅涂層的鋼，
54、鋁合金，特別是特別適合于熱成型的高強度鋁合金，例如6.xxx或7.xxx類型之一。
55、在帶涂層的鋼組件的情況下，涂層可以是預擴散的。這意味著涂層在本文所述的熱處理之前已經擴散到組件其余部分的材料中。替代地，可以在對組件進行本文所述的熱處理之前，在組件上提供涂層，使得涂層在本文所述的熱處理過程中擴散到組件的剩余材料中。
56、所述裝置的用途在帶alsi或鋅涂層的鋼組件的情況下是特別優選的。已經發現，由于這些涂層的反射特性，本文所述的優勢可以在特別大的程度上實現。作為本發明的另一方面，提出了一種使用如所述設計的裝置加工金屬組件的方法。該方法包括：
57、a)在所述爐中加熱所述組件，
58、b)在所述壓制裝置中壓制硬化所述組件。
59、上述關于裝置及其用途所述的優勢和特征適用且可轉移至該方法，反之亦然。