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Die
Erfindung betrifft eine Anlage zum Wärmebehandleln von Werkstücken mit
einem taktweise drehbeweglichen Drehherdofen, der eine Außen- und
eine Innenwand aufweist, die einen Ofenraum begrenzen, mit Türen, die
den Ofenraum in mehrere Behandlungszonen unterteilen, mit einer
erste und einer zweiten verschließbaren Öffnung zum Be- oder Entladen,
wobei die Öffnungen
in der Außenwand angeordnet
sind und wobei jeder Öffnung
eine Transporteinrichtung für
die Werkstücke
und eine Abschreckeinrichtung zugeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung
ein Verfahren zum Betreiben der Anlage zum Wärmebehandleln von Werkstücken.
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Eine
derartige Anlage, die aus der WO 03/081156 A1 bekannt ist und die
zum Härten
von Werkstücken
verwendet wird, weist in einer Außenwand zwei verschließbare Öffnungen
zum Be- und Entladen auf. Einer ersten Öffnung ist eine erste Abschreckvorrichtung
in Form einer Härte-Presse
und einer zweiten Öffnung
ist eine zweite Abschreckeinrichtung in Form eines Abschreckbades
vorgelagert. Letzteres ist mittels einer Schleuse direkt mit dem Drehherdofen
verbunden. Der ersten Öffnung
ist eine erste Transporteinrichtung in Form einer Stoßeinrichtung
und der zweiten Öffnung
ist eine zweite Transporteinrichtung in Form eines Beschickungs-Roboters
bzw. Manipulators zugeordnet.
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Die
Werkstücke
werden in dem Drehherdofen in mehreren Behandlungszonen erwärmt, aufgekohlt
und in einer der Abschreckeinrichtungen abgeschreckt. Anschließend werden
die gehärteten
Werkstücke
auf eine Rollenbahn befördert
und gelangen in einen Wascher sowie einen Anlassofen, in welchem die
Werkstücke
aufgrund mäßiger Erwärmung von Spannungen
befreit werden.
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Der
Drehherdofen kann für
das Erwärmen und
Aufkohlen von ersten Werkstücken
benutzt werden, die einzeln in der ersten Abschreckeinrichtung in Form
einer Härtemaschine
bzw. Härtepresse
abgeschreckt werden. Der Drehherdofen kann alternativ für das Erwärmen und
Aufkohlen von zweiten Werkstücken
eingesetzt werden, die frei in Abschreckbädern abgeschreckt werden und
die zu Chargen gepackt sind, die sich auf Chargenträgern, z.B.
Gitterrosten oder in Körben
oder ähnlichen
Behältnissen befinden.
Die Flexibilität
hinsichtlich Einsatzmöglichkeiten
ist daher begrenzt.
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Außerdem hat
eine Ausführungsform
der bekannten Anlage den Nachteil, dass der Ofenraum, der sich in
Drehrichtung zwischen den beiden Öffnungen befinden, nicht für die Wärmehandlung
genutzt werden kann.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht demgemäss darin, eine Anlage der eingangs
genannten Art derart weiterzubilden, dass die gleichzeitige Wärmebehandlung
von verschiedenartigen Werkstücken
ermöglicht
wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst.
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Erfindungsgemäß ist der
Drehherd in Drehrichtung in mehrere definierte erste Plätze für erste Werkstücke und
zweite Plätze
für zweite
Werkstücke unterteilt,
wobei sich die ersten und zweiten Plätze abwechseln, wobei sich
zwischen den Öffnungen sich
in Drehrichtung mindestens eine Behandlungszone erstreckt, wobei
die Anzahl der Plätze
in dieser Behandlungszone ein ganzteiliges Vielfaches von zwei beträgt und die
Länge eines
Förderhubes
der Länge
von mindestens zwei Plätzen
entspricht.
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Jedes
Werkstück,
welches in den ringförmigen
Ofenraum eingebracht wird, durchläuft diesen komplett und wird
durch die selbe Öffnung
entnommen. Die Länge
jeder Behandlungszone muss bei zwei verschiedenen Werkstückarten
mindestens zwei Plätze
oder ein ganzzahliges Vielfaches von zwei, beispielsweise vier,
sechs oder acht betragen.
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Auf
diese Weise wird die gleichzeitige Wärmebehandlung von verschiedenartigen
Werkstücken in
einem einzigen Drehherdofen ermöglicht
und der Ofenraum optimal ausgenutzt.
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Die
Aufgabe wird alternativ durch eine Anlage mit den Merkmalen des
Anspruches 2 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist in
der Außenwand
eine dritte Öffnung
angeordnet, wobei der dritten Öffnung eine
Transporteinrichtung für
die Werkstücke
und eine Abschreckeinrichtung zugeordnet ist, wobei der Drehherd
in Drehrichtung in mehrere definierte erste Plätze für erste Werkstücke, zweite
Plätze
für zweite Werkstücke sowie
dritte Plätze
für dritte
Werkstücke unterteilt,
wobei sich die ersten, zweiten und dritten Plätze abwechseln, wobei sich
zwischen den Öffnungen
in Drehrichtung mindestens eine Behandlungszone erstreckt, wobei
die Anzahl der Plätze
in der Behandlungszone ein ganzteiliges Vielfaches von drei beträgt und wobei
die Länge
eines Förderhubes
der Länge
von mindestens drei Plätzen
entspricht.
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Vorzugsweise
sind die ersten Plätze
mit Einbauten versehen, die zur Wärmespeicherung ausgebildet
sind und deren Kohlenstoffaktivität im wesentlichen gleich 1
ist. Die Wärmekapazität beträgt mindestens
das 1,5fache der Wärmekapazität der ersten Werkstücke. Wenn
diese Einbauten ständig
im Ofenraum verbleiben, können
sie Wärme
speichern, die an die kalten Werkstücke abgegeben werden kann, sobald
diese in den Ofenraum eingebracht werden. Die Einbauten dienen somit
als Sekundärheizkörper, die
bewirken, dass die Werkstücke
schnell aufgeheizt werden und die sich die Taktzeit verringert.
Gleichzeitig wird die Kohlenstoffverfügbarkeit nicht reduziert, weil
an den erhitzten Einbauten kein Kohlenstoff bzw. Russ ausfällt.
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Es
ist besonders vorteilhaft, wenn die Einbauten aus hochtemperaturbeständigen Keramik, insbesondere
SIC oder oder kohlenstofffaserverstärker Keramik besteht. Keramik
weist einen geringen Ausdehnungskoeffienten auf, so dass sich die
Einbauten nicht verziehen.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Einbauten zur
Lagerung der Werkstücke ausgebildet
sind.
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Die
Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten und/oder
der dritten Öffnung
eine Abschreckeinrichtung in Form eines Abschreckbades zugeordnet
ist, wobei das Abschreckbad mittels einer beheizbaren Schleuse,
die zur Zwischenlagerung von Werkstücken ausgebildet ist, die zur
Zwischenlagerung von Werkstücken
ausgebildet ist, direkt mit dem Dreherdofen verbunden ist.
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Schließlich bietet
die Erfindung die vorteilhafte Möglichkeit,
dass den Abschreckeinrichtungen ein gemeinsamer Anlassofen nachgeschaltet
ist, der je eine Bahn für
die ersten, zweiten oder ggf. dritten Werkstücke aufweist.
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Die
Erfindung schafft ferner ein Verfahren, dadurch gekennzeichnet,
dass bei jedem Takt durch jede Öffnung
ein Werkstück
in den Ofenraum eingebracht und entladen wird und dass sich zwischen
den Öffnungen
in Drehrichtung mindestens eine Behandlungszone erstreckt, in der
während
der Wärmebehandlung
ein Wärmetausch
zwischen ersten, zweiten und ggf. dritten Werkstücken stattfindet.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
im Zusammenhang mit der Zeichnung erläutert.
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Die
Zeichnung zeigt in
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1 eine
schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Anlage zur
Wärmebehandlung;
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Die
in 1 schematisch dargestellte Anlage wird zum Einsatzhärten, d.h.
Gasaufkohlen und Härten
von verschiedenartigen Werkstücken,
beispielsweise Tellerrädern,
welche in einer Härtepresse
abgeschreckt werden und Antriebskegelrädern, welche frei in einem
Abschreckbad abgeschreckt werden, verwendet.
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Die
Anlage zur Wärmebehandlung
von Werkstücken
weist einen Drehherdofen 1, der einen taktweise drehbeweglichen
Drehherd 2 und eine Außen-
und Innenwand 3a, b aufweist, die einen Ofenraum 4 begrenzen,
der mittels vertikal beweglicher Türen 5a–f in mehrere
Behandlungszonen 6a–d
unterteilt ist.
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In
der Außenwand 3a befindet
sich eine erste verschließbare Öffnung 7 zum
Be- und Entladen von mehreren ersten Werkstücken, hier Tellerrädern, welche
einzeln in einer Härtepresse
abgeschreckt werden. Der ersten Öffnung 7 ist
eine erste Transporteinrichtung 9 in Form eines Beschickungs-Roboters bzw.
Manipulators zugeordnet, mit dessen Hilfe die ersten Werkstücke in den
Ofenraum 4 hinein und hinaus transportiert werden. Der
ersten Öffnung 7 ist eine
erste Abschreckvorrichtung 10 in Form einer Härtemaschine
bzw. Härte-Presse
vorgelagert, in der die ersten Werkstücke einzeln abgeschreckt werden.
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In
der Außenwand 3a befindet
sich beabstandet von der ersten Öffnung 7 eine
zweite Öffnung 11,
zum Be- und Entladen von zweiten Werkstücken, hier Antriebskegelrädern. Der
zweiten Öffnung 11 ist eine
zweite Abschreckeinrichtung in Form eines Abschreckbades 13 vorgelagert.
Letzteres ist mittels einer Schleuse 14 direkt mit dem
Drehherdofen 1 verbunden. Der zweiten Öffnung 11 ist eine
zweite Transporteinrichtung 15 in Form einer Stoßeinrichtung
zugeordnet. Um die Transport- bzw. Stoßzeiten zu verkürzen, ist
die Schleuse 14 beheizt und so ausgebildet, dass eine Charge
bzw. ein Rost in der Schleuse zwischengelagert werden kann. Die
zweiten Werkstücke 12 werden
frei im Abschreckbad abgeschreckt und sind zu Chargen gepackt, die
sich auf Chargenträgern,
z.B. Gitterrosten oder in Körben oder ähnlichen
Behältnissen
befinden.
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Der
Drehherd 2 des Drehherdofens 1 ist taktweise drehbeweglich.
Der Drehherd bewegt sich nur in eine Richtung, und zwar hier entgegen
dem Uhrzeigersinn.
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Auf
dem Drehherd wechseln sich in Drehrichtung erste Plätze 8 für mehrere
erste Werkstücke und
zweite Plätze 12 für mehrere
zweite Werkstücke 12 ab.
Somit ist der gesamte Drehherd in erste Plätze 8 und zweite Plätze 12 aufgeteilt.
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Bei
jedem Förderhub
des Drehherdes werden erfindungsgemäß zwei Plätze, d.h. ein erster Platz 8 mit
ersten Werkstücken
und ein zweiter Platz 12 mit zweiten Werkstücken weiterbewegt.
Die Länge
eines Förderhubes
entspricht somit zwei Plätzen. Damit
ist gewährleistet,
dass stets ein erstes Werkstück 8 vor
der ersten Öffnung 7 und
somit vor der ersten Abschreckeinrichtung und gleichzeitig zweite Werkstücke 12 vor
der zweiten Öffnung 11 und
dementsprechend vor der zweiten Abschreckeinrichtung ankommen.
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Jedes
Werkstück,
das in den ringförmigen Ofenraum
eingebracht wird, durchläuft
diesen komplett und wird durch die selbe Öffnung entnommen. Die Länge jeder
Behandlungszone muss bei zwei verschiedenen Werkstückarten
mindestens zwei Plätze
oder ein ganzzahliges Vielfaches von zwei, beispielsweise vier oder
sechs betragen.
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Werden
drei verschiedene Werkstückarten zeitgleich
wärmebehandelt,
muss eine dritte Öffnung 20 zum
Be- und Entladen vorhanden sein. Die Länge jeder Behandlungszone muss
mindestens drei Plätze oder
ein ganzzahliges Vielfaches von drei, beispielsweise sechs oder
neun betragen.
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Die
Behandlungszonen 6a–d
weisen jeweils definierte Temperaturen und Behandlungsatmosphären auf.
Beim Aufkohlungsprozess werden die Werkstücke in den Behandlungszonen
auf bekannte Art und Weise erwärmt,
wobei ein Stoffübergang
stattfindet. Vor der Entnahme, d. h. in letzten Behandlungszone
werden die Werkstücke
auf die Härtetemperatur abgekühlt. In
der letzten Behandlungszone beträgt der
Kohlenstoffpegel 0,7% bis 0,8%, um einen Randkohlenstoffgehalt in
den Werkstücken
in der selben Höhe
zu erreichen.
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Es
ist besonders vorteilhaft, wenn die ersten Plätze mit nicht im Detail dargestellten
Einbauten versehen sind, die zur Wärmespeicherung ausgebildet sind.
Die Einbauten weisen eine große
Wärmespeichermasse
und in Bezug auf die ersten Werkstücke eine große Wärmekapazität auf und
verhalten sich gleichzeitig gegenüber der kohlenstoffhaltigen
Behandlungsatmosphäre
neutral, d.h. dass deren Kohlenstoffaktivität im wesentlichen gleich 1
ist. Wenn diese Einbauten ständig
im Ofenraum verbleiben, können
sie Wärme
speichern, die an die kalten Werkstücke abgestrahlt werden kann,
sobald diese in den Ofenraum eingebracht werden. Die Einbauten dienen
somit als Sekundärheizkörper. Die
Erwärmung der
Werkstücke
wird durch die Strahlungswärme
verkürzt.
Gleichzeitig wird die Kohlenstoffverfügbarkeit nicht reduziert, weil
an den erhitzten Einbauten kein Kohlenstoff bzw. Russ ausfallen
kann.
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Vorzugsweise
bestehen die Einbauten aus hochtemperaturbeständiger Keramik. Die Einbauten können zusätzlich zur
Lagerung der Werkstücke
dienen. Die Einbauten sind in diesem Fall als Gestelle mit mehreren übereinander
angeordneten Böden
zur Aufnahme von Werkstücken
ausgebildet. Diese Gestelle bilden stapelbare Module, die geschlossene Wände und
Böden aufweisen.
Auf die Gestelle sind beispielsweise die ersten Werkstücke einzeln
gelagert. Die einzelnen Werkstücke
können
sich auch auf Tragelementen befinden. Dies sind beispielsweise Gitterroste
aus hitzebeständigem
Stahl, auf denen die Werkstücke
be- und entladen werden. Die einzelnen Module bilden einen einzelnen
freistehenden Chargenstapel, so dass die Ofenzonen durch die Zwischentüren voneinander
getrennt werden können.
Wenn die Chargenstapel in Nischen in der Ofenausmauerung eingebaut
werden, besteht auf einfache Weise eine zusätzliche Trennung der Ofenzonen.
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Die
Werkstücke,
die durch eine Öffnung
in den Ofenraum eingebracht werden, durchlaufen diesen komplett
und werden durch die selbe Öffnung entnommen.
Die Länge
jeder Behandlungszone muss bei zwei verschiedenen Werkstückarten
min destens zwei Plätze
oder ein ganzzahliges Vielfaches von zwei, beispielsweise vier oder
sechs betragen. Werden drei verschiedene Werkstückarten zeitgleich wärmebehandelt,
muss die Länge
einer Behandlungszone mindestens drei Plätze oder ein ganzzahliges Vielfaches
von drei, beispielsweise sechs oder neun betragen.
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In
Drehrichtung zwischen den beiden Öffnungen 7 und 11 des
Drehherdofens 1 befindet sich eine Behandlungszone 6a.
Diese fungiert als erste Behandlungszone für die ersten Werkstücke 8 und gleichzeitig
als letzte Behandlungszone für
die zweiten Werkstücke 12,
bevor letztere durch die Öffnung 11 den
Ofenraum verlassen.
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In
der Behandlungszone 6a findet ein Wärmetausch zwischen den verschiedenartigen
Werkstücken
auf den ersten und zweiten Plätzen
statt. Wärmespeichernde
Einbauten auf den Plätzen
für die
ersten Werkstücke
wirken als Sekundärheizkörper, die
Wärme abstrahlen.
Auf diese Weise wird die gleichzeitige Wärmebehandlung von verschiedenartigen
Werkstücken
in einem einzigen Drehherdofen ermöglicht, die Taktzeiten erhöht und der
Ofenraum optimal ausgenutzt.
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Nach
dem Aufkohlen in dem Drehherdofen werden die Werkstücke in einer
der Abschreckeinrichtungen abgeschreckt. Nach dem Abschrecken werden
die Werkstücke
auf Rollenbahnen 16a, b befördert und gelangen in je einen
Wascher 17a, b sowie einen gemeinsamen Anlassofen 18,
in welchem die ersten und die zweiten Werkstücke aufgrund mäßiger Erwärmung von
Spannungen befreit werden.
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Erfindungsgemäß weist
der Anlassofen 18 je eine Bahn 19a, b für die ersten
und die zweiten Werkstücke
auf. Die Be- und Entladung der Chargen und der Einzelteile erfolgen
sortenrein über
die separate Rollbahnen 16a, 16b.
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Im
Rahmen der Erfindung können
auch drei verschiedenartige Werkstücke gleichzeitig wärmebehandelt
werden. In diesem Fall entspricht die Länge eines Förderhubes drei Plätzen, um
zu gewährleisten,
dass alle Werkstücke
vor derjenigen Öffnung
ankommen, durch die sie in den Ofen gelangt sind.