DE10118244C1 - Modulare Vorrichtung für die Abschreckhärtung von Werkstücken - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine modulare Vorrichtung für die Abschreckhärtung von Werkstücken, bei der die Werkstücke außer der Abschreckhärtung wenigstens einer weiteren Behandlung unterworfen werden. Die weitere Behandlung erfolgt in Behandlungszellen, die neben- oder hintereinander angeordnet sind und die Öffnungen bzw. Türen aufweisen, die alle in die gleiche Richtung ausgerichtet sind. In dieser Richtung ist eine Abschreckkammer verfahrbar, die somit nacheinander an alle Behandlungszellen angedockt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine modulare Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Bei der Härtung von metallischen Werkstücken werden diese Werkstücke mittels Öl-, Salzbad oder gekühltem Gas abgeschreckt. Bevor der Abschreckvorgang eingeleitet wird, werden die Werkstücke in der Regel noch anderweitig bearbeitet.

Um nacheinander verschiedene Behandlungen am Material vornehmen zu können, ist es bereits bekannt, modulare Behandlungseinheiten in Reihe anzuordnen (FR-A-2 487 492).

Weiterhin ist es bekannt, mehrere modulare Behandlungseinheiten sternförmig anzu­ ordnen, die alle auf einen zentralen Raum ausgerichtet sind (FR-A-2 537 260).

Es ist auch ein Rezipient für Vakuumanlagen mit veränderlicher axialer Länge be­ kannt, wobei als Rezipient mindestens zwei axial offene Mantelteile dienen, die beid­ seitig gleiche Dichtflächen besitzen, und wobei ein axiales, vakuumdicht montiertes Abschlussteil vorgesehen ist (DD 243 050 A1). Vorhandene Flanschanschlüsse sind hierbei in den Mantelteilen außermittig angeordnet.

Schließlich ist auch noch eine modulare Vorrichtung zur Wärmebehandlung bei Un­ terdruck bekannt, die mehrere Behandlungszellen aufweist, die in einer horizontalen Ebene mit einer gemeinsamen dichten Kammer verbunden sind, welche wiederum mit Fördermitteln zum Transport einer Charge von einer Zelle in die andere ausge­ rüstet ist (EP 0 922 778 A1). Die gemeinsame Kammer besteht hierbei aus einem Zy­ linder mit horizontaler Achse, von dem mindestens ein Ende zur Aufnahme eines Moduls in Form einer zylindrischen Verlängerung gebildet ist, an die zusätzliche Zel­ len angeschlossen sind.

Nachteilig ist bei dieser Vorrichtung, dass die einzelnen Behandlungszellen wegen der gemeinsamen, vakuumdichten und verbindenden Kammer nicht mit unterschied­ lichen Drücken betrieben werden können. Außerdem ist von Nachteil, dass ein Gas­ austausch zwischen den einzelnen Behandlungszellen nicht sicher verhindert werden kann. Des weiteren ist es nachteilig, dass bei dieser Vorrichtung die Umsetzwege und damit die Umsetzzeiten für die zu behandelnden Werkstücke aus den einzelnen Be­ handlungszellen in die Abschreckkammer unterschiedlich sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine modulare Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei der beliebig viele Behand­ lungszellen nacheinander mit der gleichen Abschreckungskammer gekoppelt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung betrifft somit eine modulare Vorrichtung für die Abschreckhärtung von Werkstücken, bei der die Werkstücke außer der Abschreckhärtung wenigstens einer weiteren Behandlung unterworfen werden. Die weitere Behandlung erfolgt in Behandlungszellen, die neben- oder hintereinander angeordnet sind und die Öffnun­ gen bzw. Türen aufweisen, die alle in die gleiche Richtung ausgerichtet sind. In die­ ser Richtung ist eine Abschreckkammer verfahrbar, die somit nacheinander an alle Behandlungszellen angedockt werden kann.

Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht insbesondere darin, dass eine Gesamt­ anlage auch bei laufender Produktion erweitert bzw. gewartet werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine Teilansicht der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt A-A durch eine Abschreckkammer;

Fig. 4 einen Schnitt B-B durch eine Abschreckkammer, eine Umsetzkammer und eine Behandlungszelle;

Fig. 5 einen Schnitt C-C durch eine Behandlungszelle.

In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 mit mehreren Behandlungszellen 2 bis 5 darge­ stellt, bei denen es sich um Vakuumkammern mit jeweils einer vakuumtauglichen Tür 6 bis 9 handelt, in denen Werkstücke, z. B. Zahnräder, behandelt werden. Bei der Behandlungszelle 2 kann es sich beispielsweise um eine Aufkohlungszelle handeln, während es sich bei der Behandlungszelle 3 um eine Beschichtungszelle handelt. In der Behandlungszelle 4 werden Werkstücke z. B. plasmabehandelt, und in der Be­ handlungszelle 5 wird beispielsweise ein Anlassprozess gefahren.

Alle vier Behandlungszellen 2 bis 5 sind über ein Rohrleitungssystem 10 und über Ventile 11 bis 14 mit einer Pumpstation 15 verbunden. Parallel zu den in einer Reihe angeordneten Behandlungszellen 2 bis 5 verläuft eine Schiene 16, 17, auf der sich ein Schienenwagen 18 befindet, der in Richtung des Pfeils 19 bewegt werden kann. Auf dem Schienenwagen 18 befindet sich eine Abschreckkammer 20 mit einer vakuum- und druckfesten Tür 21. Außerdem befindet sich auf dem Schienenwagen 18 im An­ schluss an die Abschreckkammer 20 eine vakuumdichte Umsetzkammer 22, an deren einem Ende ein vakuumtauglicher Andockmechanismus 23 vorgesehen ist. Mit ei­ nem Schienentransportsystem 24 werden die Chargen aus einer der Behandlungszel­ len 2 bis 5 über die Umsetzkammer 22 zu der Abschreckkammer 20 gebracht. Mit 25 ist ein Speicherplatz für neu zu beladende Chargen bezeichnet. Obgleich die Schie­ nen 16, 17, auf denen sich der Schienenwagen 18 befindet, parallel zu einer gedach­ ten Geraden verlaufen, welche die Mittelpunkte der Behandlungszellen 2 bis 5 mit­ einander verbindet, ist eine Parallelität nicht unbedingt erforderlich. Es genügt, wenn die Schienen 16, 17 über ihre gesamte Länge im Wesentlichen den gleichen Abstand von den Türen 6 bis 9 haben.

Die Funktionsweise der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist folgende.

Wenn die Behandlungszelle 2 eine Aufkohlungszelle ist, werden die zu behandelnden Werkstücke bei offener Tür 6 in diese Behandlungszelle 2 eingebracht. Hierzu wer­ den vorab die Abschreckkammer 20 und die Umsetzkammer 22 in eine in der Fig. 1 untere Position verfahren.

Nach der Einbringung der Werkstücke wird die Tür 6 verschlossen und das Ventil 11 geöffnet. Mit Hilfe der Pumpstation wird nun in der Behandlungszelle 2 ein Vakuum hergestellt und das Ventil 11 hierauf geschlossen. Jetzt wird der Aufkohlungsvorgang durchgeführt. Nach Beendigung des Aufkohlungsvorgangs werden die Werkstücke durch Abschreckung gehärtet. Hierzu werden die Abschreckkammer 20 und die Um­ setzkammer 22 mit dem Schienenwagen 18 in eine Position direkt gegenüber der Be­ handlungszelle 2 gebracht. Mit Hilfe des Andockmechanismus 23, der beispielsweise ein aufblasbarer Ringbalg sein kann, wird nun eine gasdichte Verbindung zwischen der Umsetzkammer 22 und der Behandlungszelle 2 hergestellt. Sodann wird die Tür 6 geöffnet, und mit Hilfe des Schienentransportsystems 24, das etwa eine Art Gabel­ stapler enthält, wird die gesamte aufgekohlte Charge aus der Behandlungszelle 2 bei geöffneter Tür 21 in die Abschreckkammer 20 transportiert. In der Abschreckkam­ mer 20 kann nun die Abschreckhärtung stattfinden. Nach Beendigung der Ab­ schreckhärtung werden die Abschreckkammer 20 und die Umsetzkammer 22 in eine Position verfahren, in welcher der Umsetzkammer 22 keine der Behandlungszellen 2 bis 5 gegenüberliegt. Jetzt wird die Tür 21 geöffnet und mit Hilfe des Schienentran­ sportsystems 24 die abschreckgehärteten Werkstücke als komplette Charge aus der Abschreckkammer 20 genommen und über die Umsetzkammer 22 nach draußen be­ fördert, wo sie an einer geeigneten Stelle abgelegt werden.

In entsprechender Weise können die Abschreckkammer 20 und die Umsetzkammer 22 auch an die übrigen Behandlungszellen 3 bis 5 herangefahren werden und deren Inhalt aufnehmen. Für alle Behandlungszellen 2 bis 5 ist somit nur noch eine einzige Abschreckkammer 20 erforderlich.

In der Fig. 2 ist eine vergrößerte Teilansicht der in der Fig. 1 dargestellten Vorrich­ tung gezeigt. Die einander entsprechenden Bauteile sind hierbei mit den gleichen Be­ zugszahlen versehen. Ein dem Andockmechanismus 23 der Fig. 1 entsprechender Mechanismus ist in Fig. 2 nicht dargestellt. Es sind jedoch grundsätzlich zwei Aus­ führungsvarianten eines Andockmechanismus denkbar. Bei einer Variante wird am Flansch der Umsetzkammer 22 eine pneumatische Dichtung eingebaut, die durch Be­ aufschlagung mit Innendruck aufgeblasen wird und den Spalt zum Flansch der Be­ handlungszelle 2 bis 5 abdichtet. Bei einer zweiten Variante wird in den Flansch der Umsetzkammer 22 eine statische Dichtung, z. B. ein O-Ring eingebaut. Abschreckkammer 20 und Umsetzkammer 22 werden hierbei auf einem Fahrgestell 41, 64 (Fig. 3, 4) auf einem Schlitten gelagert und können mit diesem durch einen zusätzlichen Antrieb quer zur Richtung der Schienen 16, 17 um ca. 50 mm verschoben werden. Nach Erreichen einer bestimmten Position vor einer Behandlungszelle werden die Kammern mit dem Antrieb gegen den Flansch der Behandlungszelle gedrückt und mittels der o. g. statischen Dichtung abgedichtet.

Die Behandlungszellen 2 bis 5 sollen permanent unter Temperatur und unter Behand­ lungsatmosphäre, in der Regel Unterdruck, gehalten werden. Das Beladen einer Be­ handlungszelle 2 bis 5 erfolgt dann in der Weise, dass der Schienenwagen 18 zu einer Position außerhalb des Bereichs der Behandlungszelle 2 bis 5 fährt und mit der in der Fig. 1 gezeigten Andockvorrichtung 23 abdichtet. Sodann wird die Umsetzkammer 22 von der auf dem Schienenwagen 18 aufgebauten Vakuumpumpe 33 evakuiert. Erst dann wird die Tür 6 geöffnet und die Charge in die Behandlungszelle 2 transpor­ tiert. Nach Zurückziehen des Schienentransportsystems 24 und Schließen der Tür 6 wird die Umsetzkammer 22 auf Atmosphärendruck belüftet und die Andockvorrich­ tung gelöst. Der Schienenwagen 18 kann dann zur nächsten Behandlungszelle 3 fah­ ren, um eine Charge abzuschrecken. Auch beim Abschrecken ist es notwendig, nach dem Andocken der Umsetzkammer 22 an die Behandlungszelle 2, 3 zunächst Um­ setz- und Abschreckkammer zu evakuieren. Erst dann darf die Tür 6 der Behand­ lungszelle 2, 3 geöffnet werden. Ohne das Evakuieren würden die heißen Bauteile der Behandlungszelle 2, 3 mit Luftsauerstoff in Kontakt kommen, was bei den üblichen Grafitwerkstoffen nicht zulässig ist. Außerdem würde die heiße Charge an Luft ver­ zundern.

Man erkennt aus der Fig. 2 die beiden Behandlungszellen 2, 3, in denen jeweils eine Charge 30, 38 angeordnet ist. Zwischen der Abschreckkammer 20 und der Behand­ lungszelle 2 ist die Umsetzkammer 22 mit einem rechteckigen Kasten 80 angeordnet, in der sich das Schienentransportsystem 24 befindet. Dieses Schienentransportsystem 24 ist in Richtung eines Pfeils 31 bewegbar. Eine Charge 30' befindet sich strich­ punktiert angedeutet auf diesem Schienentransportsystem 24. Auf dem Schienen­ wagen 18 befindet sich eine Vakuumpumpe 33 zum Evakuieren der Abschreck­ kammer 20 und der Umsetzkammer 22. An zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Abschreckkammer 20 ist jeweils ein Kaltgas-Gebläse 34 bzw. 35 angeflanscht. Mit 36, 37 sind Radialventilatorräder zum Umwälzen des Kühlgases bezeichnet. In dem rechteckigen Kasten 80 befindet sich eine nicht dargestellte Tür der Abschreck­ kammer 22 in geöffnetem Zustand. Das Öffnen der Tür erfolgt durch horizontales Verschieben. Der am Ende des Kastens 80 angedeutete Flanschdeckel 81 dient zum Ausbau der Tür zu Wartungszwecken.

Im Innern der Abschreckkammer 20 ist eine Charge 30" angedeutet. Diese Charge 30" besteht in der Regel aus einem Chargengestell, das mehrere Etagen aufweist, auf denen sich jeweils mehrere zu härtende Werkstücke befinden. Wenn die Vorbehand­ lung dieser Werkstücke in der Behandlungszelle 2 beendet ist, wird die Tür 6 geöff­ net und das Schienentransportsystem 24 bewegt sich in Richtung des Pfeils 31 nach rechts bis in die Behandlungszelle 2 hinein. Sodann untergreifen Vorsprünge des Schienentransportsystems 24 nach Art eines Gabelstaplers das ganze Chargengestell bzw. die Charge 30, und das Schienentransportsystem 24 bewegt sich entsprechend dem Pfeil 31 nach links. In der Position, die mit 30' gekennzeichnet ist, kann das Chargengestell nach Bedarf verbleiben. Soll mit der Abschreckhandlung begonnen werden, wird die Tür 21 der Abschreckkammer 20 geöffnet und die Charge 30' in die Abschreckkammer 20 verbracht, wo sie die mit 30" gekennzeichnete Position ein­ nimmt. Der weitere Ablauf entspricht dem bereits zuvor beschriebenen.

In der Fig. 3 ist ein Schnitt A-A durch die Abschreckkammer 20 gezeigt. Die Ab­ schreckkammer 20 wird durch Standbeine 40, 41 getragen, die auf den Schienen 16, 17 ruhen, und weist an zwei Seiten je eines der Kaltgas-Gebläse 34, 35 auf, mit de­ nen ein gekühltes Gas, beispielsweise kalter Stickstoff, in den Innenraum der Ab­ schreckkammer 20 geblasen wird.

Im Kern der Abschreckkammer 20 befindet sich die Charge 30", die auf Vorsprüngen 42, 43 ruht. Das Gas wird durch Leitbleche 44, 45 von dem Gebläse 34, 35 in Rich­ tung der Pfeile 46, 47 nach oben gelenkt und gelangt dann über einen Gas/Wasser- Wärmetauscher 48 auf die Charge 30", was durch die Pfeile 49, 50 angedeutet ist. Nach dem Durchtritt des Gases durch die Charge 30" gelangt es durch einen weiteren Gas/Wasser-Wärmetauscher 51 wieder zu dem Gebläse 34, 35, was durch die Pfeile 52, 53; 54, 55 und 56, 57 angedeutet ist. Die Gas/Wasser-Wärmetauscher kühlen das an der Charge erhitzte Gas wieder ab. Die Wärmeenergie wird hierbei an das Kühl­ wasser der Wärmetauscher 48, 51 abgegeben. Die Wärmetauscher 48, 51 sind in üblicher Weise als Bündel von Rippenrohren ausgeführt, die innen vom Kühlwasser durchflossen und außen vom Gas umströmt werden.

In der Fig. 4 ist ein Schnitt B-B dargestellt. Hierbei erkennt man wieder die Ab­ schreckkammer 20, die Umsetzkammer 22 und die Behandlungszelle 2. Die Charge 30 ruht in der Behandlungszelle 2 auf einem Tisch 60, während die Behandlungszelle 2 selbst auf zwei Stützen 61, 62 ruht, die über einen Querträger 63 miteinander ver­ bunden sind.

Das Schienentransportsystem besteht hierbei aus Beinen 41 und 64, die auf den Schienen 16, 17 ruhen. Die Umsetzkammer 22 weist oben eine Ausbeulung 65 auf, die zur Aufnahme der Charge 30''' dient. Mit den Pfeilen 66, 67 ist angedeutet, dass das Schienentransportsystem 24 auch in vertikaler Richtung bewegt werden kann.

Nach dem Entladen einer abgeschreckten Charge aus der Abschreckkammer 20 an einem geeigneten Gestell kann eine neue Charge in die Umsetzkammer 22 aufge­ nommen werden. Von einem Hubsystem, das unabhängig vom Transportsystem 24 arbeitet, wird die Charge 30' auf Position 30''' gehoben. Der Wagen fährt jetzt zu ei­ ner Behandlungszelle 2, 3 mit fertig behandelter Charge, dockt an und evakuiert Um­ setz- und Abschreckkammer. Zum Abschrecken der Charge wird die Charge 30 aus der Behandlungszelle 2 unter der in 30''' gespeicherten Charge hindurch in die Ab­ schreckkammer 20 transportiert. Der als Charge 30''' bezeichnete Speicherplatz dient lediglich zum schnelleren Wiederbeladen einer Behandlungszelle.

Danach wird die Charge aus Position 30''' durch das Hubsystem auf das Transport­ system 24 abgesenkt und in die Behandlungszelle transportiert. Damit kann unmittel­ bar der nächste Prozess in der Behandlungszelle beginnen. Die Chargenposition 30''' und das dazugehörige Hubsystem sind als Option gedacht, wenn eine besonders hohe Ausnutzung der Behandlungszellen gefordert ist.

Die Fig. 5 zeigt einen Schnitt C-C durch die Behandlungszelle 2. Man erkennt hier­ bei, dass die Charge 30 auf mehreren Stützen 70, 71, 72 ruht und von einer thermi­ schen Isolation 73 ringförmig umgeben ist. Eine Heizung ist nicht dargestellt. Mit 76 ist ein rechteckiger Kasten bezeichnet, in dem sich die Tür 6 in geöffnetem Zustand befindet. Diese Tür 6 wird durch horizontales Verschieben geöffnet. Der obere am Kasten 76 angedeutete Flanschdeckel 82 dient zum Ausbau der Tür 6 für Wartungs­ zwecke.

Die Bezugszahlen 77 und 78 stellen die von der Schnittebene aus hinter dem recht­ eckigen Kasten 76 liegenden Fortsetzungen der runden Doppelwand einer Behand­ lungszelle dar.

Claims (17)

1. Modulare Vorrichtung für die Abschreckhärtung von Werkstücken, bei der die Werkstücke außer der Abschreckhärtung wenigstens einer weiteren Behandlung unterworfen werden, gekennzeichnet durch

• 1. 1.1 mehrere Behandlungszellen (2 bis 5), die linear hintereinander angeordnet sind und jeweils eine Öffnung (6 bis 9) senkrecht zu ihrer linearen Anordnung aufweisen;
• 2. 1.2 eine Abschreckkammer (20), die parallel zu den hintereinander angeordneten Behandlungszellen (2 bis 5) beweglich angeordnet und mit jeder der Behand­ lungszellen (2 bis 5) koppelbar ist.

2. Modulare Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ab­ schreckkammer (20) auf einem Schienenwagen (18) angeordnet ist, wobei die Schie­ nen (16, 17), auf denen sich der Schienenwagen (18) befindet, parallel zu einer ge­ dachten Linie verlaufen, welche die Mittelpunkte der Behandlungszellen (2 bis 5) miteinander verbindet.

3. Modulare Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Schienenwagen (18) eine Umsetzkammer (22) vorgesehen ist.

4. Modulare Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Umsetzkammer (22) und der Abschreckkammer (20) eine vakuumdichte verschließbare Tür (21) vorgesehen ist.

5. Modulare Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abschreckkammer (20) und einer der Behandlungszellen (2 bis 5) ein Andock­ mechanismus (23) vorgesehen ist.

6. Modulare Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Umsetzkammer (22) und einer der Behandlungszellen (2 bis 5) ein Andockmechanismus (23) vorgesehen ist.

7. Modulare Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Behandlungszellen (2) eine Aufkohlungszelle ist.

8. Modulare Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Behandlungszellen (3) eine Beschichtungszelle ist.

9. Modulare Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Behandlungszellen (4) eine konvektive Erwärmungszelle ist.

10. Modulare Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Behandlungszellen (5) eine Sinterzelle ist.

11. Modulare Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Behandlungszellen eine Nitrierprozesszelle ist.

12. Modulare Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Um­ setzkammer (22) einen Raum (65) aufweist, in dem eine Charge (30''') zeitweise ge­ parkt werden kann.

13. Modulare Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hebemechanismus vorgesehen ist, der die Charge (30''') in den Raum (65) hochhebt.

14. Modulare Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschreckkammer (20) einen oberen Wärmetauscher (48) und einen unteren Wärme­ tauscher (51) aufweist.

15. Modulare Vorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Abschreckkammer (20) und die Umsetzkammer (22) um einen vorgege­ benen Betrag senkrecht zum Verlauf der Schienen (16, 17) bewegbar sind.

16. Modulare Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ab­ schreckkammer zwei Kaltgas-Gebläse (34, 35) aufweist.

17. Modulare Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Schienenwagen (18) eine Vakuumpumpe (33) vorgesehen ist.