DE102012022426A1

DE102012022426A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Härten von Bauteilen

Info

Publication number: DE102012022426A1
Application number: DE201210022426
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2013-05-23
Also published as: DE202012004069U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Härten von metallischen Bauteilen, wobei in einer ein Oberteil mit Greiferelementen und ein Unterteil umfassenden Vorrichtung ein erwärmtes Bauteil eingelegt, abgekühlt und von den Greiferelementen umfasst und fixiert wird und nach dem Abheben des Oberteils und dem Öffnen der Greifer abgelegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Härtevorrichtung (Härtewerkzeug) zum Härten von Bauteilen (Formstücken), umfassend ein hauben- und zylinder- oder quaderförmiges Oberteil und ein zylinder- oder quaderförmiges Unterteil, zwischen welche das zu härtende Bauteil eingelegt ist, wobei das vertikal und seitlich bewegliche Oberteil und das feststehende Unterteil kraft- oder formschlüssig miteinander verbunden sind. Sie betrifft ferner ein Verfahren zum Härten von Bauteilen mit Hilfe der genannten Vorrichtung.
Metallische Bauteile, insbesondere Stahlteile, wie Getriebeteile, Zahnräder und Ringe, aber auch Blechteile, können bekanntlich dadurch gehärtet werden, dass sie zunächst auf Temperaturen von etwa 860°C erwärmt und anschließend abgeschreckt werden. Dies kann durch ein Kühlmedium, beispielsweise etwa 60°C warmes Öl geschehen. Dabei wird das Gefüge des Stahls umgewandelt und das Bauteil wird gehärtet.
Bei gebräuchlichen Härtevorrichtungen ist das Bauteil zwischen ein Oberteil und ein Unterteil der Vorrichtung eingelegt. Nach Beendigung des Härtevorgangs wird die Vorrichtung geöffnet und ein Greifer befördert das Bauteil aus der Vorrichtung heraus und legt es außerhalb ab. Dies ist recht zeitaufwendig, da die Vorrichtung sehr weit geöffnet werden muss, damit der Greifer das Bauteil erfassen und herausbefördern kann.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung so abzuwandeln, dass kürzere Taktzeiten und ein geringerer Maschinenaufwand möglich werden.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 9 gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in das Oberteil (1) mindestens drei Greiferelemente (5) zur formschlüssigen Unterfassung oder zur kraftschlüssigen Einklemmung des bzw. der Bauteile (6) integriert, und das Oberteil ist zusammen mit dem bzw. den Bauteilen nach Trennung vom Unterteil (2) in vertikaler Richtung horizontal ausfahrbar.
Die DE-A 38 31 361 beschreibt das Ausbringen eines unter Druck gehärteten und verpressten Kunststoffteils aus einer Presse durch zwei Greifer, die das Werkstück formschlüssig umfassen. Von einer Kühlung ist nicht die Rede.
Die DE-U 203 15 434 betrifft eine Vorrichtung zum Härten von Werkstücken. Dabei wird ein erhitztes Werkstück, das auf einem Spreizdorn sitzt, in eine Vorrichtung eingespannt und von Kühlflüssigkeit umspült. Nach der Abkühlung wird es durch einen Auspressdorn freigesetzt. Wie es aus der Vorrichtung entnommen wird, ist nicht beschrieben.
Die DE-C 653 309 beschreibt eine Härtemaschine, bei der ein heißes, unter Druck stehendes Werkstück von einer Kühlflüssigkeit umspült wird, die durch Druckluft in die Maschine eingedrückt wird. Wie das Werkstück aus der Maschine entnommen wird, ist nicht beschrieben.
Vorzugsweise ist in das Unterteil mittig ein vertikal beweglicher Dorn (3) integriert, auf den das zu härtende Bauteil aufgesteckt ist. Es ist auch möglich, in einer Härtevorrichtung mehrere Dorne vorzusehen, z. B. drei oder sechs. Grundsätzlich kann auch ohne Dorne gearbeitet werden, wenn beispielsweise Bleche flächig auf das Unterteil aufgelegt werden. Der Dorn bzw. die Dorne können beim Beladen mit dem Bauteil entweder bereits ausgefahren sein oder sie können erst nach dem Auflegen des Bauteils ausgefahren werden. In das Oberteil kann mittig ein vertikal beweglicher Stempel (4) integriert sein, der vor dem Öffnen der Vorrichtung den Dorn (3) nach unten herausdrücken kann.
Das Oberteil weist vorzugsweise ringförmige Druckringe auf, die zum Niederhalten des Bauteils beim Abschreckvorgang dienen.
Die unterfassenden Greiferelemente weisen vorzugsweise die Form eines L auf, wobei der Randbereich des Bauteils auf dem unteren kurzen Arm des L aufliegt. Bei einer anderen Ausführungsform sind die Greiferelemente so angeordnet, dass der Randbereich der mittigen Bohrung des Bauteils auf dem unteren kurzen Arm des L aufliegt. In beiden Fällen ragt der lange Arm der Greiferelemente oben aus dem Oberteil heraus. Er ist drehbar oder kann seitlich bewegt werden, wodurch nach beendeter Härtung und Öffnung der Vorrichtung das Bauteil frei gegeben werden kann. In der Vorrichtung sind zweckmäßigerweise drei oder mehr Greiferelemente angeordnet, wodurch das Bauteil zentriert stabil fixiert werden kann.
Wie bereits ausgeführt, werden beim Härten der Bauteile diese vorzugsweise durch ein flüssiges Kühlmedium abgeschreckt. Dies kann z. B. dadurch geschehen, dass das Unterteil Strömungselemente aufweist, durch die das Kühlmedium fließt. Zusätzlich kann auch das Oberteil derartige Strömungselemente aufweisen, wie es in der DE-U 203 15 434 beschrieben ist. Vorzugsweise wird zusätzlich während der Härtung das Bauteil vom Kühlmedium umströmt. Es ist grundsätzlich auch möglich, die Kühlung durch gekühlte Platten vorzunehmen, zwischen die die Bauteile, z. B. Bleche eingelegt sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Härteverfahrens mit Dorn kann folgendermaßen beschrieben werden:
Zunächst sind Ober- und Unterteil voneinander getrennt und das Oberteil der Vorrichtung ist seitlich ausgefahren. Mit Greifern oder Zangen wird das vorzugsweise auf 800 bis 1000°C, insbesondere auf etwa 860°C erwärmte Bauteil auf das Unterteil gelegt und zwar wird es entweder auf den nach oben ausgefahrenen Dorn aufgesteckt oder es wird auf das Unterteil aufgelegt und der Dorn wird von unten eingefahren. Danach wird das Oberteil mit den integrierten, geöffneten Greiferelementen auf das Unterteil gefahren und Oberteil und Unterteil werden dicht zusammengefügt. Dann lässt man das Kühlmedium mit einer Temperatur vorzugsweise unterhalb von 150°C, insbesondere von 40 bis 80°C einströmen. Nach der bauteilspezifischen Kühlzeit von beispielsweise 20 bis 150 sec ist die Härtung beendet.
Dann wird der Dorn vorzugsweise nach unten aus dem Bauteil herausgezogen oder durch einen Stempel aus dem Oberteil herausgedrückt, so dass das Bauteil frei liegt.
Danach unterfassen die Greiferelemente das Bauteil oder klemmen es ein. Dann wird das Oberteil mit dem Bauteil nach oben abgehoben. Dabei genügt es, das Oberteil so weit anzuheben, bis ein genügender Freiraum – Oberteilkante mit Bauteil zu Unterteil-Oberkante – das seitliche Ausfahren des Oberteils ermöglicht. In diesem Stadium ist das Bauteil noch durch die Greiferelemente fixiert, entweder indem sie das Bauteil unterfassen oder einklemmen. Die Greiferelemente werden entweder gedreht oder seitlich bewegt. Nach dem seitlichen Ausfahren des Oberteils öffnen die Greifer und das gehärtete Bauteil wird zur weiteren Behandlung abgelegt.
Dieses Verfahren hat gegenüber dem herkömmlichen Härteprozess den Vorteil, dass es aufgrund des geringen Vertikalhubs und der integrierten Greifer den bisherigen vertikalen Öffnungshub auf ca. 10% reduziert und das Einfahren eines externen Umsetzgreifers mit der erforderlichen Maschinentechnik einspart. Mit dieser Vorgehensweise reduziert sich außerdem signifikant die Maschinentaktzeit. Das seitliche Ausfahren des Oberteils ermöglicht eine brandrisikolosere Beladung des glühenden Bauteils. Bisher konnte nämlich nachtropfendes Öl aus dem über dem Unterteil befindlichen Oberteil die einfahrenden Eingabegreifersysteme verunreinigen oder auf das glühende Bauteil gelangen.
Die Abbildungen zeigen schematisch im Schnitt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei zur besseren Veranschaulichung die weniger bevorzugte Arbeitsweise mit Stempel gewählt wurde. Die besonders bevorzugte Ausführungsform ohne Stempel unterscheidet sich davon dadurch, dass der Stempel fehlt und das haubenförmige Oberteil oben geschlossen ist.
Bezugszeichenliste

1: Oberteil
2: Unterteil
3: Dorn
4: Stempel (fakultativ)
5: Greiferelement
6: Bauteil

In 1 ist das Bauteil zwischen Oberteil und Unterteil, die zusammengefügt sind, eingelegt und auf den herausragenden Dorn aufgesteckt. Außerdem liegt es auf den Greiferelementen auf.
In 2 ist der Dorn durch den Stempel nach unten herausgedrückt, Ober- und Unterteil sind voneinander getrennt und das Oberteil ist seitlich ausgefahren. (Bei der besonders bevorzugten Ausführungsform ohne Stempel ist der Dorn nach unten herausgezogen). Wenn jetzt die Greiferelemente weggedreht werden, kann das Bauteil auf eine Ablage abgelegt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3831361 A [0006]
DE 20315434 U [0007, 0012]
DE 653309 C [0008]

Claims

Härtevorrichtung zum Härten eines oder mehrerer metallischer Bauteile, umfassend ein hauben- und zylinder- oder quaderförmiges Oberteil (1) und ein zylinder- oder quaderförmiges Unterteil (2), zwischen welche das bzw. die zu härtenden Bauteile (6) eingelegt sind, wobei das vertikal und seitlich bewegliche Oberteil und das feststehende Unterteil im geschlossenen Zustand während des Härtevorgangs kraft- oder formschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in das Oberteil mindestens drei Greiferelemente (5) zur formschlüssigen Unterfassung oder zur kraftschlüssigen Einklemmung des bzw. der Bauteile integriert sind, und dass das Oberteil zusammen mit dem bzw. den Bauteilen nach Trennung vom Unterteil in vertikaler Richtung horizontal ausfahrbar ist.
Härtevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das Unterteil mittig ein vertikal beweglicher Dorn (3) integriert ist, auf den das zu härtende Bauteil aufgesteckt ist.
Härtevorrichtung nach Anspruch 1, dass mehrere Bauteile auf mehrere Dornen aufgesteckt sind, wobei die Bauteile gleichzeitig gehärtet werden können.
Härtevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unterfassenden Greiferelemente die Form eines L haben, wobei der Randbereich des Bauteils auf dem unteren kurzen Arm der Greiferelemente aufliegt.
Härtevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unterfassenden Greiferelemente die Form eines L haben, wobei der Randbereich der mittigen Bohrung des Bauteils auf dem unteren kurzen Arm der Greiferelemente aufliegt.
Härtevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der lange Arm der Greiferelemente aus dem Oberteil herausragt und drehbar ist oder seitlich bewegt werden kann, wodurch das Bauteil frei gegeben werden kann.
Härtevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil Strömungsleitelemente aufweist, durch die ein Kühlmedium fließt, und dass das zwischen Unterteil und Oberteil gelagerte Bauteil ebenfalls von Kühlmedium umströmt ist.
Härtevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil nach dem Trennen vom Unterteil zur Seite bewegt wird und somit den Beladebereich für glühende Bauteile freigeben kann.
Verfahren zum Härten von metallischen Bauteilen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – in einer Härtevorrichtung nach Anspruch 1 werden eines oder mehrere Bauteile auf das Unterteil gelegt, – danach wird das Oberteil mit den integrierten, geöffneten Greiferelementen auf das Unterteil gefahren und Oberteil und Unterteil werden dicht zusammengefügt, – dann lässt man Kühlmedium in die Vorrichtung einströmen, – nach beendeter Kühlung wird das Bauteil freigelegt, die Greiferelemente erfassen das Bauteil und fixieren es, – anschließend wird das Oberteil zusammen mit dem Bauteil vom Unterteil abgehoben und seitlich ausgefahren, – schließlich werden die Greifer geöffnet und das Bauteil wird abgelegt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das auf Temperaturen von 800 bis 1000°C erwärmte Bauteil innerhalb von 20 bis 150 sec auf eine Temperatur unterhalb von 150°C abgekühlt wird.