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Die Erfindung bezieht sich auf einen Härteofen zur Erwärmung von metallischen Werkstücken.
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Derartige Härteöfen können im Rahmen von Wärmebehandlungen von metallischen Werkstücken eingesetzt werden. Die Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken ist aus dem Stand der Technik bekannt. Das bekannte Grundprinzip der Wärmebehandlung sieht vor, dass metallische Werkstücke erwärmt und im Anschluss daran gehärtet werden.
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Es ist insbesondere bei der Wärmebehandlung zahlreicher Werkstücke, beispielsweise bei einer Serienfertigung, etc. von großem Interesse, eine gleichbleibende Qualität der wärmebehandelten Werkstücke, mithin eine hohe Reproduktionsgenauigkeit zu erhalten.
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Damit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen, durch welche im Rahmen einer prozesstechnisch vorteilhaft abwickelbaren Erwärmung von Werkstücken im Rahmen von Wärmebehandlungen hinsichtlich des Gefügeaufbaus und der Geometrie entsprechend wärmebehandelter Werkstücke eine hohe Reproduktionsgenauigkeit sichergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gelöst durch einen Härteofen zur Erwärmung von metallischen Werkstücken, insbesondere Getriebekomponenten, im Rahmen von Wärmebehandlungen, wobei der Härteofen wenigstens eine Kammer zum Erwärmen von Werkstücken umfasst, wobei der Härteofen wenigstens eine weitere Kammer umfasst, wobei die wenigstens eine weitere Kammer als beheizbare Kammer zum Warmhalten von in der wenigstens einen Kammer zum Erwärmen erwärmten Werkstücke vorhanden ist, wobei die wenigstens eine weitere Kammer mit der wenigstens einen Kammer zum Erwärmen verbindbar bzw. verbunden ist.
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Bei einem solchen erfindungsgemäßen Härteofen können erwärmte Werkstücke nach Erwärmen warmgehalten werden. Dies bedeutetet, dass Werkstücke kontrollierten und mitunter stets gleichbleibenden Temperaturbedingungen ausgesetzt werden können. Insbesondere auch im Rahmen von Wärmebehandlungen, bei denen ggf. im Anschluss ans Erwärmen ein Abschrecken, beispielsweise in einer Härtepresse erfolgt, können sich solche kontrollierten Bedingungen sehr vorteilhaft auf eine hohe Reproduktionsgenauigkeit auswirken.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine weitere Kammer mit der wenigstens einen Kammer zum Erwärmen lösbar verbindbar bzw. verbunden ist. Es kann somit ein einfacher Wechsel bzw. Austausch der wenigstens einen weiteren Kammer bzw. der Kammer zum Erwärmen erfolgen.
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Vorteilhaft kann auch sein, dass das Mittel zum Erwärmen als modulares Mittel zum Erwärmen vorhanden ist. Module können Kammern sein, die zum Erwärmen von Werkstücken vorhanden sind sowie Kammern, die zum Warmhalten von Werkstücken sind. Module können auch Kammern zum Einbringen von Werkstücken sein. Module können zudem Kammern zum Ausbringen von Werkstücken sein. Module können auch Kombinationen der vorstehenden Aufzählungen sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine weitere Kammer von der wenigstens einen Kammer zum Erwärmen von Werkstücken mittels wenigstens eines Abschottmittels abschottbar ist. Ein Abschottmittel kann z.B. als Türe oder dergleichen vorhanden sein.
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Auf diese Weise können in den verschiedenen Kammer verschiedene Zustände erzeugbar sind bzw. erzeugt werden. Solche Zustände können beispielsweise Druck, Temperatur, Feuchtigkeit, etc. sein.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann möglich sein, dass Abschottung bzw. Abschottbarkeit reversibel erfolgbar ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zumindest die wenigstens eine Kammer zum Erwärmen von Werkstücken und/oder die wenigstens eine weitere Kammer mit einem Unterdruck beaufschlagbar ist bzw. sind. So kann eine Erwärmung von Werkstücken im Vakuum erfolgen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass zumindest eine Steuervorrichtung umfasst ist, wobei die zumindest eine Steuervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass Temperaturen in der wenigstens einen weiteren Kammer und in der wenigstens einen Kammer zum Erwärmen von Werkstücken kammerspezifisch regelbar sind. Auf diese Weise kann ermöglicht werden, Temperaturprofile erwärmter Werkstücke noch mehr zu kontrollieren und damit verbesserte Werkstücke mit kontrollierten Temperaturen nach dem Erwärmen einer Härtung unterziehen zu können. Insofern können die Abfolgeschritte des Erwärmens und Härtens verbessert aufeinander abgestimmt werden, wodurch eine gleichbleibende Qualität der entsprechend wärmebehandelten Werkstücke und damit eine hohe Reproduktionsgenauigkeit erreichbar sein können.
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Um Abfolgeschritte des Erwärmens und Härtens zusätzlich verbessert aufeinander abstimmen zu können und eine gleichbleibende Qualität der entsprechend wärmebehandelten Werkstücke, mithin erhöhte Reproduktionsgenauigkeit erreichen zu können, kann in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die zumindest eine Steuervorrichtung ferner derart ausgestaltet ist, dass das wenigstens eine Abschottmittel zum Abschotten der wenigstens einen Kammer zum Erwärmen von Werkstücken gegenüber der wenigstens einen weiteren Kammer vorzugsweise in Abhängigkeit der kammerspezifischen Regelung der Temperaturen regelbar ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens die zumindest eine Steuervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass Unterdrücke in der wenigstens einen weiteren Kammer und in der wenigstens einen Kammer zum Erwärmen von Werkstücken kammerspezifisch regelbar sind. Es kann dadurch ermöglicht werden, kammerspezifische Umgebungsbedingungen zu schaffen. Dadurch kann auch möglich sein, Werkstücke innerhalb des Durchlaufofens unterschiedlichen Bedingungen auszusetzen, wobei diese Bedingungen in kontrollierter Form erfolgen. Dadurch kann eine hohe Reproduktionsgenauigkeit resultieren.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann zudem vorgesehen sein, dass zumindest eine Steuervorrichtung umfasst ist, wobei die zumindest eine Steuervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass Temperaturen in der wenigstens einen weiteren Kammer und in der wenigstens einen Kammer zum Erwärmen von Werkstücken kammerspezifisch regelbar sind und dass das wenigstens eine Abschottmittel zum Abschotten der wenigstens einen Kammer zum Erwärmen von Werkstücken gegenüber der wenigstens einen weiteren Kammer vorzugsweise in Abhängigkeit der kammerspezifischen Regelung der Temperaturen regelbar ist und dass Unterdrücke in der wenigstens einen weiteren Kammer und in der wenigstens einen Kammer zum Erwärmen von Werkstücken kammerspezifisch regelbar sind. Es kann dadurch ermöglicht werden, kammerspezifische Umgebungsbedingungen zu schaffen. Dadurch kann auch möglich sein, Werkstücke innerhalb des Durchlaufofens unterschiedlichen Bedingungen auszusetzen, wobei diese Bedingungen in kontrollierter Form erfolgen. Daraus kann eine hohe Reproduktionsgenauigkeit resultieren.
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Ganz besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Härteofen als Durchlaufofen mit einer Durchlaufrichtung ausgebildet ist. Ein Durchlaufofen, der auch Durchgangsofen bezeichnet werden kann, kann einen Durchlauf von zu erwärmenden Werkstücken ermöglichen. Dies kann sich einerseits vorteilhaft auf zu behandelnde Werkstückmengen auswirken. Andererseits kann ein derartig ausgestalteter Härteofen kompakt in eine Härtezelle einbinden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass der Härteofen, vorzugsweise Durchlaufofen als Vakuum-Ofen, vorzugsweise als Vakuum-Durchlaufofen ausgebildet ist, wobei zumindest in der ersten Kammer und/oder in der zweiten Kammer und/oder in der zumindest einen weiteren Kammer ein Unterdruck anlegbar ist, wobei der Unterdruck vorzugsweise kammerspezifisch regelbar ist. Hierdurch können kammerspezifisch kontrollierte Reaktionsbedingungen geschaffen werden.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass wenigstens ein Mittel zum Einstellen zumindest einer Temperatur des Härteofens, vorzugsweise Durchlaufofens, insbesondere eine Steuereinheit vorhanden ist, mittels dem bzw. der Temperaturen kammerspezifisch individuell, vorzugsweise in der zumindest ersten Kammer und in der zumindest zweiten Kammer individuell einstellbar sind. Es kann dadurch ermöglicht werden, kammerspezifische Umgebungsbedingungen zu schaffen. Dadurch kann auch möglich sein, Werkstücke innerhalb des Härteofens, vorzugsweise Durchlaufofen unterschiedlichen Bedingungen auszusetzen, wobei diese Bedingungen in kontrollierter Form erfolgen. Dadurch kann eine hohe Reproduktionsgenauigkeit resultieren.
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Möglich kann auch sein, dass Temperaturen kammerspezifisch individuell, vorzugsweise in der Eingabekammer und in der Ausgabekammer individuell einstellbar sind.
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Möglich kann sein, dass ein als Durchlaufofen ausgestalteter Härteofen wenigstens einen Reaktionsraum zur Erwärmung von Werkstücken und einen an den Reaktionsraum in einer Durchlaufrichtung nachfolgend angeordneten Warmhalteraum zum Warmhalten erwärmter Werkstücke umfasst. Hierdurch können Werkstücke nach dem Erwärmen warm gehalten werden. Werkstücke können damit gleichbleibend kontrollierbaren Temperaturen ausgesetzt werden, insbesondere nach Beendigung des Erwärmens auf eine vorgegebene Zieltemperatur. Somit kühlen Werkstücke nicht unmittelbar nach dem Beendigen des Erwärmens und ggf. vor weiteren Abschreckprozessen (Härten) unnötiger Weise aus.
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Möglich kann im Rahmen der Erfindung sein, dass ein als Durchlaufofen ausgestalteter Härteofen zumindest eine Eingabekammer umfasst, die den Eingangsabschnitt bildet.
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Im Rahmen der Erfindung kann möglich sein, dass eine Eingabekammer und die Ausgabekammer miteinander durch einen durch den Heizabschnitt hindurch verlaufenden Werkstücktransportweg gekoppelt sind, wobei die Werkstücke in die Eingabekammer durch eine erste Öffnungseinrichtung einbringbar sind und wobei die Werkstücke durch eine zweite Öffnungseinrichtung aus der Ausgabekammer ausbringbar sind.
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Sofern der Härteofen als Durchlaufofen ausgestaltet ist, ist die erste Öffnungseinrichtung von der zweiten Öffnungseinrichtung verschieden.
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Im Rahmen der Erfindung kann auch möglich sein, dass ferner wenigstens eine weitere Kammer vorgesehen ist, wobei diese weitere Kammer einen Heizabschnitt beherbergt und mit der Eingabekammer und mit der Ausgabekammer schaltbar kommunizierbar gekoppelt ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann möglich sein, dass der Härteofen einen Eingangsbereich und einen Ausgangsbereich aufweist und in einer dem Eingangsbereich vorgelagerten Zone ein Beschickungssystem vorgesehen ist.
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Möglich kann alternativ oder ergänzend sein, dass in einem dem Eingangsbereich des Härteofens benachbarten Bereich ein Werkstückspeicher vorgesehen ist.
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Dieser Werkstückspeicher kann zur Aufnahme von unbehandelten Werkstücken und insbesondere zur Temperierung derselben herangezogen werden. Der Werkstückspeicher kann auch zur Aufnahme behandelter Werkstücke herangezogen werden, wobei die Werkstückhandhabung durch das Beschickungssystem abgewickelt werden kann.
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Möglich kann ferner sein, dass in einem dem Eingangsbereich des Härteofens benachbarten Bereich der Härtezelle eine erste Kühlzelle vorgesehen ist. Diese Kühlzelle kann vorzugsweise durch das Beschickungssystem Be- und Entladen werden. Sie kann für behandlete und unbehandelte Werkstücke verwendet werden.
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Möglich kann zudem sein, dass in einem dem Eingangsbereich des Härteofens benachbarten Bereich der Härtezelle weitere Kühlzellen vorgesehen sind.
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Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des Härteofens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Erwärmen von Werkstücken, insbesondere Getriebekomponenten, vorzugsweise von aufgekohlten Werkstücken, insbesondere aufgekohlten Getriebekomponenten im Rahmen von Wärmebehandlungen.
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Die vorstehenden Ausführungen und vorteilhaften Aspekte ergeben sich hierfür in analoger Weise.
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Ganz besonders bevorzugt betrifft die Erfindung die Verwendung des Härteofens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Erwärmen von Werkstücken und zum Warmhalten in dem Härteofen. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass Erwärmen in Heizabschnitt stattfindet und dass Warmhalten in einer vom Heizabschnitt abschottbaren Ausgabekammer stattfindet.
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In der abschottbaren Ausgabekammer können Werkstücke verweilen, bevor sie zu weiteren Behandlungen, beispielsweise Presshärtbehandlungen, verbracht werden. Somit können Temperaturen bzw. thermische Zustände von Werkstücken gezielt kontrollieren, auch nach dem eigentlichen Heizen bzw. Erwärmen. Somit kann eine besonders hohe Reproduktionsgenauigkeit erhältlich sein.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann möglich sein, dass der Härteofen, vorzugsweise Durchlaufofen zumindest eine Eingabekammer umfasst, die den Eingangsabschnitt bildet. Vorgesehen sein kann, dass die Eingabekammer und die Ausgabekammer miteinander durch einen durch den Heizabschnitt hindurch verlaufenden Werkstücktransportweg gekoppelt sind, wobei die Werkstücke in die Eingabekammer durch die erste Öffnungseinrichtung einbringbar sind und wobei die Werkstücke durch die zweite Öffnungseinrichtung aus der Ausgabekammer ausbringbar sind. Vorgesehen sein kann zudem, dass ferner wenigstens eine weitere Kammer vorgesehen ist, wobei diese weitere Kammer den Heizabschnitt beherbergt und mit der Eingabekammer und mit der Ausgabekammer schaltbar kommunizierbar gekoppelt ist.
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Somit können definierte Zustände, beispielsweise Temeperaturen und/oder Drücke oder anderweitige Zustände in den Kammern individuell und übergreifend, also einzelne oder mehrere Kammern betreffend bestimmt bzw. vorgegeben werden.
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Es kann möglich sein, dass der Durchlaufofen als Vakuum-Durchlaufofen ausgebildet ist, wobei zumindest in der Eingabekammer und/oder in der Ausgabekammer und/oder in der weiteren Kammer ein Unterdruck anlegbar ist.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der an der jeweiligen Kammer anliegende Unterdruck kammerspezifisch einstellbar ist. Es kann dadurch ermöglicht werden, kammerspezifische Umgebungsbedingungen zu schaffen. Dadurch kann auch möglich sein, Werkstücke innerhalb des Härteofens, vorzugsweise Durchlaufofen unterschiedlichen Bedingungen auszusetzen, wobei diese Bedingungen in kontrollierter Form erfolgen. Dadurch kann eine hohe Reproduktionsgenauigkeit resultieren.
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In vorteilhafter Weise ist wenigstens ein Mittel zur Unterbrechung einer Kommunikation, insbesondere zum Verschließen wenigstens eines Abschnitts zwischen der Eingabekammer und Ausgabekammer und/oder zwischen der Eingabekammer und der zumindest einen weiteren Kammer und/oder zwischen der zumindest einen weiteren Kammer und der Ausgabekammer vorgesehen.
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Dieses Mittel zur Unterbrechung der Kommunikation kann insbesondere als Klappe, Türe, Schieber oder Schottwand ausgebildet sein, die selektiv in eine Freigabestellung und in eine Schließstellung bringbar ist. Der Stellungswechsel dieses Mittels kann in vorteilhafter Weise durch elektronisch angesteuerte Stellmittel bewerkstelligt werden.
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Eine derartige Abtrennung bzw. Abschottung oder dergleichen ermöglicht die Ausbildung von getrennten Kammern bzw. Segmenten oder dergleichen Abschnitte im Härteofen, vorzugsweise Durchlaufofen. In den Abschnitten können selektive und kontrollierte und insbesondere gleichbleibende Reaktionsbedingungen geschaffen werden.
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Der vorzugsweise als Durchlaufofen ausgestaltete Härteofen umfasst erfindungsgemäß einen Heizabschnitt und einen davon abtrennbaren Ausgangsabschnitt. Wesentlich ist, dass der Ausgangsabschnitt als beheizbarer Ausgangsabschnitt, insbesondere kammerartiger Ausgangsabschnitt vorhanden ist. Dieser beheizbare Ausgangsabschnitt ermöglicht, dass zuvor auf eine Soll-Temperatur erwärmte Werkstücke nicht unerwünscht abkühlen.
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Vorteilhaft ist insbesondere, wenn das Warmhalten auf einem Niveau erfolgt, dass abzüglich von Toleranzen einer Soll-Temperatur beim Erwärmen entspricht.
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Der Härteofen, insbesondere Durchlaufofen ist vorzugsweise derart gestaltet, dass dieser zumindest eine Eingangskammer umfasst, die den Eingangsabschnitt bildet. Die Eingangskammer und die Ausgabekammer sind miteinander durch einen durch den Heizabschnitt hindurch verlaufenden Werkstücktransportweg gekoppelt.
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Die Förderung der Werkstücke durch den Durchlaufofen erfolgt vorzugsweise in Verbindung mit Werkstückträgern. Die Werkstücke sind vorzugsweise in Verbindung mit einem zugeordneten Werkstückträger in die Eingangskammer durch die erste Öffnungseinrichtung einbringbar. Die Förderung der Werkstücke auf dem Werkstücktransportweg erfolgt vorzugsweise durch eine Transportmechanik. Diese Transportmechanik kann derart gestaltet sein, dass diese die Werkstücke in Verbindung mit den Werkstückträgern fördert. Die Werkstücke sind durch die zweite Öffnungseinrichtung aus der Ausgabekammer ausbringbar. Die Werkstückträger werden vorzugsweise zum Eingangsabschnitt zurück gefördert.
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Der Heizabschnitt ist vorzugsweise derart dimensioniert, dass in diesem Heizabschnitt mehrere Werkstücke in abfolgenden Stationen angeordnet werden können. Die Werkstücke können durch sukzessives Nachrücken der Werkstückträger durch den Heizabschnitt hindurch gefördert werden.
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Die Eingangskammer und die Ausgangskammer sind vorzugsweise derart gestaltet, dass diese jeweils nur ein Werkstück oder einen Werkstückträger mit einem oder mehreren darauf angeordneten Werkstücken aufnehmen. Die Werkstückträger können insbesondere aus einem keramischen oder warmfesten metallischen Werkstoff gefertigt sein. Die Werkstoffträger werden nach ihrem Ausgang aus der Ausgabekammer automatisiert gehandhabt. Im Rahmen dieser Handhabung erfolgt eine Reinigung derselben in Form einer Abblasung, Bebürstung und/oder Waschung.
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Es ist möglich, die Werkstückträger in temperiertem Zustand zum Eingangsbereich des Durchlaufofens zurückzufördern und das Einbringen der Werkstücke oder des Werkstücks in den Durchlaufofen in Verbindung mit einem definiert vorgewärmten Werkstückträger zu bewerkstelligen. Hierdurch kann ein Erwärmen von Werkstücken effizienter erfolgen.
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Vorzugsweise ist wenigstens eine weitere Kammer vorgesehen. Diese weitere Kammer bildet vorzugsweise den Heizabschnitt. Die Kommunikation der weiteren Kammer mit der Eingabekammer und/oder mit der Ausgabekammer ist schaltbar herstellbar und unterbrechbar. Hierzu sind vorzugsweise Türen, Klappen oder Schieberstrukturen vorgesehen, welche den Heizabschnitt schaltbar von der in Werkstücktransportrichtung vorgelagerten Eingabekammer und der in Werkstücktransportrichtung nachgelagerten Ausgabekammer schaltbar abtrennen.
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Die Ausgabekammer kann in ganz vorteilhafter Weise mit einer Heizeinrichtung versehen sein.
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Diese Heizeinrichtung wird vorzugsweise über eine Steuer- oder Regeleinrichtung betrieben.
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Die Ausgabekammer kann in vorteilhafter Weise derart gesteuert oder geregelt betrieben werden, dass diese ein vorzugsweise temperaturgeführtes Warmhalten des darin befindlichen Werkstücks im Vakuum ermöglicht.
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Weiterhin kann die Ausgabekammer derart betrieben werden bzw. betreibbar sein, dass darin ein Warmhalten bei Umgebungsdruck oder vermindertem Vakuum erfolgt.
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Die Ausgabekammer bildet ein Schleusensystem durch welches Werkstücke aus dem Heizabschnitt ausgebracht werden können, ohne dass hierzu das im Heizabschnitt herrschende Vakuum beendet werden muss.
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Die Ausgabekammer fungiert zudem als Warmhalteabschnitt in welchem die Werkstücke weiterhin auf einem vorgegebenen Temperaturniveau gehalten werden können.
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Der Druck in der Ausgabekammer ist vorzugsweise ebenfalls nach Maßgabe einer Steuereinrichtung einstellbar. Die Ausgabekammer ist von dem Heizabschnitt durch eine Schließeinrichtung abtrennbar. Diese Schließeinrichtung und die Öffnungseinrichtung werden zeitlich versetzt betätigt.
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Im Regelbetrieb ist die Schließeinrichtung geschlossen, sie wird vorzugsweise nur zur Verbringung eines Werkstücks aus dem Heizabschnitt in die Ausgabekammer temporär geöffnet.
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Die Öffnungseinrichtung ist ebenfalls primär geschlossen und wird nur zur Ausbringung eines Werkstückes aus der Ausbringkammer temporär geöffnet.
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Die Öffnungseinrichtung wird im Regelbetrieb der Härtevorrichtung nur geöffnet, wenn die Schließeinrichtung geschlossen ist und damit der Innenbereich der Ausgabekammer von dem Innenbereich des Heizabschnitts abgeschottet ist.
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Im Rahmen der Warmhaltung des Werkstückes in der Ausgabekammer sind die zum Heizabschnitt weisende Schließeinrichtung und die nach außen weisende Öffnungseinrichtung geschlossen.
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Die zum Heizabschnitt weisende Schließeinrichtung gibt in Offenstellung einen Werkstückdurchgangsweg zwischen dem Heizabschnitt und der Ausgabekammer frei.
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In Schließstellung versperrt die Schließeinrichtung diesen Werkstückdurchgangsweg.
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Die Schließeinrichtung dichtet den Heizabschnitt und die Ausgabekammer gegeneinander atmosphärisch ab.
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Es ist möglich, in der Ausgabekammer möglichst lange einen Unterdruck einzustellen und erst kurz vor dem Öffnen der Öffnungseinrichtung einen Druckausgleich vorzunehmen. Dies ermöglicht es, die Einwirkung etwaiger nicht-inerter Gase auf das Werkstück und dabei insbesondere eine Verzunderung zu vermeiden.
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Die den Ausschleusebereich bildende Ausgabekammer am Ende des Ofens, in welcher ein Druckausgleich an den Umgebungsdruck erfolgt, kann als beheizbare Kammer ausgeführt sein, in welcher die Beheizung fortgesetzt werden kann um die im Durchlaufofen erreichte Werkstücktemperatur zu halten oder definiert einzustellen.
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Möglich kann auch sein, dass die Ausgabekammer als beheizbare Ausgabekammer ausgestaltet ist, die sowohl bei Atmosphärendruck als auch im Vakuum betreibbar sein kann.
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Durch das Bereithalten des aufgeheizten Werkstückes in einer vom Vakuumbereich des Durchlaufofens abgeschotteten Ausschleusekammer wird es möglich, den zeitlichen Ablauf des Abschreckprozesses auf den Ausgangszeitpunkt des Werkstücks aus der Ausschleuse- oder Druckangleichskammer abzustimmen. So beginnt der hinsichtlich seines zeitlichen Ablaufs überwachte Abschreckprozess bei Öffnung der Türe der als Druckangleichskammer fungierenden Ausgabekammer.
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Die Erfindung betrifft auch ein System, umfassend wenigstens zwei erfindungsgemäße Härteöfen.
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Die in der Offenbarung genannten Vorteile gelten analog.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken, wobei die Vorrichtung zumindest einen Härteofen und zumindest eine Härtepresse umfasst. Dabei ist der Härteofen TK als erfindungsgemäßer Härteofen ausgeführt. Die vorstehenden Ausführungen zum Härteofen gelten für die erfindungsgemäße Vorrichtung analog.
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Werkstücke können im Rahmen der Erfindung sämtliche metallischen Werkstücke oder dergleichen metallischen Gegenstände sein, die im Rahmen von Wärmebehandlungen zumindest einer Erwärmung in einem Härteofen ausgesetzt werden. Werkstücke sind vorzugsweise als Getriebekomponenten ausgestaltet. Getriebekomponenten können vorzugsweise als Zahnräder ausgestaltet sein.
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Per Definition kann die wenigstens eine weitere Kammer im Rahmen der Erfindung und Offenbarung als Ausgabekammer bezeichnet werden. Eine Ausgabekammer kann als die wenigstens eine weitere Kammer bezeichnet werden.
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Per Definition kann die wenigstens eine Kammer zum Erwärmen von Werkstücken im Rahmen der Erfindung und Offenbarung als Heizabschnitt bezeichnet werden. Der Heizabschnitt kann als Kammer zum Erwärmen von Werkstücken bezeichnet werden.
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Per Definition kann die wenigstens eine weitere Kammer zum Warmhalten von Werkstücken im Rahmen der Erfindung und Offenbarung als Ausgangsabschnitt bezeichnet werden. Der Ausgangsabschnitt kann als weitere Kammer zum Warmhalten von Werkstücken bezeichnet werden.
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Per Definition kann der Härteofen im Rahmen der vorliegenden Offenbarung und Erfindung als Mittel zum Erwärmen von Werkstücken bezeichnet werden. Das Mittel zum Erwärmen von Werkstücken kann als Härteofen bezeichnet werden.
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Per Definition kann ein Mittel zur Unterbrechung einer Kommunikation im Rahmen der Erfindung und Offenbarung als Abschottmittel bezeichnet werden. Ein Abschottmittel kann als Mittel zur Unterbrechung einer Kommunikation bezeichnet werden.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
- 1 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Werkstücken unter Einsatz eines Durchlaufofens und einer Härtepresse;
- 2 eine weitere Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer als Härtezelle aufgebauten erfindungsgemäßen Härteanlage;
- 3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des nach Maßgabe einer Steuereinrichtung abgewickelten erfindungsgemäßen Ablaufs zur Wärmebehandlung von Werkstücken in der Vorrichtung nach 1;
- 4 eine Schemadarstellung zur Erläuterung der Einbettung des als Durchlaufofens gestalteten Ofens zwischen eine Eingangsschleusenkammer und eine Ausgangsschleusenkammer, sowie zwischen zwei Werkstücktransfersysteme.
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Ein Härteofen TK gemäß vorliegender Erfindung ist in 1 gezeigt.
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Dargestellt ist hierbei ein Härteofen TK zur Erwärmung von metallischen Werkstücken WP der eine Kammer zum Erwärmen C3, TKH von Werkstücken WP umfasst. Der Härteofen TK umfasst eine weitere Kammer C2, TKO, die als beheizbare Kammer zum Warmhalten von in der einen Kammer zum Erwärmen C3, TKH erwärmten Werkstücke WP vorhanden ist. Die eine weitere Kammer C2, TKO ist mit der einen Kammer zum Erwärmen C3, TKH verbunden.
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Die eine weitere Kammer C2, TKO ist von der einen Kammer zum Erwärmen C3, TKH von Werkstücken WP mittels Abschottmittel 3, 4 abschottbar.
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Es ist eine Steuervorrichtung CPU umfasst, die derart ausgestaltet ist, dass Temperaturen in der einen weiteren Kammer C2, TKO und in der einen Kammer zum Erwärmen C3, TKH von Werkstücken WP kammerspezifisch regelbar sind.
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Die Steuervorrichtung CPU ist ferner derart ausgestaltet, dass Abschottmittel 3, 4 zum Abschotten der Kammer zum Erwärmen C3, TKH von Werkstücken WP gegenüber der weiteren Kammer C2, TKO in Abhängigkeit der kammerspezifischen Regelung der Temperaturen regelbar ist.
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Die Steuervorrichtung CPU ist derart ausgestaltet, dass Unterdrücke in der weiteren Kammer C2, TKO und in der Kammer zum Erwärmen C3, TKH von Werkstücken WP kammerspezifisch regelbar sind.
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Der Härteofen TK ist als Durchlaufofen mit einer Durchlaufrichtung ausgebildet.
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Der Durchlaufofen umfasst eine Eingabekammer C1, die den Eingangsabschnitt TKI bildet. Die Eingabekammer C1 und die Ausgabekammer C2 sind miteinander durch einen durch den Heizabschnitt TKH hindurch verlaufenden Werkstücktransportweg W gekoppelt, wobei die Werkstücke WP in die Eingabekammer C1 durch die erste Öffnungseinrichtung 1 einbringbar sind und wobei die Werkstücke WP durch die zweite Öffnungseinrichtung 2 aus der Ausgabekammer C2 ausbringbar sind. Es ist ferner eine weitere Kammer C3 vorgesehen, wobei diese weitere Kammer C3 den Heizabschnitt TKH beherbergt und mit der Eingabekammer C1 und mit der Ausgabekammer C2 schaltbar kommunizierbar gekoppelt ist.
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Der Durchlaufofen ist als Vakuum-Durchlaufofen ausgebildet, wobei zumindest in der Eingabekammer C1 und/oder in der Ausgabekammer C2 und/oder in der weiteren Kammer C3 ein Unterdruck anlegbar ist.
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An bzw. in der jeweiligen Kammer C1, C2, C3 ist ein anliegender Unterdruck kammerspezifisch einstellbar.
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Ein Mittel 3, 4 zur Unterbrechung einer Kommunikation, insbesondere zum Verschließen wenigstens eines Abschnitts zwischen der Eingabekammer Kammer C1 und der Ausgabekammer Kammer C2 und/oder zwischen der zumindest Eingabekammer C1 und der weiteren Kammer C3 und/oder zwischen der weiteren Kammer C3 und der Ausgabekammer C2 vorgesehen ist.
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Es ist ein Mittel 5 zum Einstellen einer Temperatur des Härteofens TK, insbesondere eine Steuereinheit CPU vorhanden ist. Damit sind mittels dem bzw. der Temperaturen kammerspezifisch individuell einstellbar.
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Der Härteofen TK weist einen Eingangsbereich TKI und einen Ausgangsbereich TKO auf und in einer dem Eingangsbereich TKI vorgelagerten Zone ist ein Beschickungssystem LS vorgesehen.
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In einem dem Eingangsbereich TKI des Härteofens TK benachbarten Bereich ist ein Werkstückspeicher WPB1, WPB2 vorgesehen.
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Der Durchlaufofen TK ist derart gestaltet, dass dieser zumindest eine Eingabekammer C1 umfasst, die den Eingangsabschnitt TKI bildet, und zumindest eine Ausgabekammer C2 umfasst, die den Ausgangsabschnitt TKO bildet, wobei diese beiden Kammern C1, C2 miteinander durch einen durch den Heizabschnitt TKH hindurch verlaufenden Werkstücktransportweg W gekoppelt sind. Die Werkstücke WP sind dabei in die Eingabekammer C1 durch die erste Öffnungseinrichtung 1 einbringbar. Weiterhin sind die Werkstücke WP durch die zweite Öffnungseinrichtung 2 aus der Ausgabekammer C2 ausbringbar.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist wenigstens eine weitere Kammer C3 vorgesehen, wobei diese weitere Kammer C3 hier den Heizabschnitt TKH bildet durch welchen die Eingabekammer C1 mit der Ausgabekammer C2 kommuniziert.
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Der Durchlaufofen TK ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Vakuum-Durchlaufofen ausgebildet, wobei zumindest in der Eingabekammer C1 und/oder in der Ausgabekammer C2 und/oder in der einen weiteren Kammer C3 ein Unterdruck anlegbar ist. Dieser Unterdruck ist kammerspezifisch regelbar und wird vor dem Öffnen der Öffnungen 1, 2 auf Umgebungsdruck eingestellt.
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Bei dem Härteofen ist ein Mittel 3 zur Unterbrechung einer Kommunikation, insbesondere zum Verschließen wenigstens eines Abschnitts zwischen der ersten Kammer C1 und dem Heizabschnitt TKH vorgesehen. Weiterhin ist ein Mittel 4 zwischen der zweiten Kammer C2 und dem Heizabschnitt TKH vorgesehen. Diese Mittel 3,4 zur Unterbrechung der Kommunikation mit der Kammer C3 können insbesondere als Klappe, Türe, Schieber oder Schottwand ausgebildet sein, die in eine Freigabestellung und in eine Schließstellung bringbar ist. Der Stellungswechsel dieses Mittels 3, 4 kann in vorteilhafter Weise durch elektronisch angesteuerte Stellmittel und/oder Stelltriebe bewerkstelligt werden.
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Bei dem gezeigten Härteofen TK ist ein Mittel 5 zum Einstellen zumindest einer Temperatur im Härteofen TK, vorzugsweise Durchlaufofen, insbesondere eine Steuereinheit CPU vorhanden, mittels dem bzw. der Temperaturen T1, T2, T3 kammerspezifisch individuell, vorzugsweise in der Ausgabekammer C2 und in der dritten Kammer C3 individuell einstellbar sind.
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Die Steuervorrichtung CPU dient der Steuerung eines Wärmebehandlungsprozesses von vorzugsweise metallischen Werkstücken. Im Rahmen dieses Wärmebehandlungsprozesses werden vorzugsweise aufgekohlte Werkstücke durch eine erste Öffnungseinrichtung 1 in Kammern C1, C2, C3 eines Mittels TK zum Erwärmen von Werkstücken auf eine vorgegebene Temperatur eingebracht und dort erwärmt. Nach Erwärmen werden die Werkstücke WP durch eine zweite Öffnungseinrichtung 2, die von der ersten Öffnungseinrichtung 1 verschieden ist, aus einer Ausgabekammer C2 ausgebracht und zu einem Mittel zum Härten von Werkstücken transportiert und durch diese abgeschreckt. Die Steuereinrichtung steuert auch die Drücke in den Kammern C1, C2, C3. Der durch die Steuereinrichtung CPU gesteuerte Verfahrensablauf wird in Verbindung mit 3 weiter erläutert.
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Der Durchlaufofen TK stellt mehrere Heizzonen Z1, Z2, Z3, AK zur Verfügung. Der Durchlaufofen TK stellt mehrere Heizzonen Z1, ZTK, AK zur Verfügung. Die Heizzone des Heizabschnittes ZTK ist in weitere Zonen Z2, Z3 untergliedert.
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Die Temperatur in diesen Zonen kann nach Maßgabe der Steuereinheit CPU gesteuert werden. Der Heizabschnitt TKH ist so aufgebaut, dass dieser mehrere Heizzonen Z2, Z3 definiert in welchen in einem hinreichenden Ausmaß unterschiedliche Temperaturen und Heizleistungen einstellbar sind. Sowohl der Eingabebereich TKI, der Heizabschnitt TKH und der Ausgabebereich TKO sind so gestaltet, dass diese Messpunkte TUS bereitstellen zur Erfassung, Überwachung und Dokumentation der Werkstückaufheizung.
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Auch die Drücke in den Kammern C1, C2, C3 werden gemessen und protokolliert.
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Die Drücke in diesen Kammern sind über eine Vakuumpumpe VP unter den Umgebungsdruck absenkbar. Die Kammern C1, C2, C3 sind über ein Leitungssystem und darin vorgesehene elektrisch ansteuerbare Ventile miteinander gekoppelt. Über das Leitungssystem können die Kammern C1, C2, C3 temporär miteinander kommunizieren, so dass im Rahmen einer Teilbelüftung einer Kammer C1, C2 eine entsprechend gegenphasige Teilentlüftung der anderen Kammer C2, C1 bewerkstelligt werden kann.
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Die Darstellung nach 1 offenbart zudem den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken, insbesondere Getriebekomponenten. Diese Vorrichtung umfasst zumindest einen Härteofen TK und wenigstens eine Härtepresse PQ.
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Der Härteofen TK ist hier als erfindungsgemäßer Härteofen TK vorhanden. Vorliegend ist als Ausführungsbeispiel der Härteofen TK als Durchlaufofen ausgebildet, der von den Werkstücken WP in einer Durchlaufrichtung DTK durchwandert wird, wobei der Durchlaufofen einen Eingangsabschnitt TKI, einen Heizabschnitt TKH und einen Ausgangsabschnitt TKO aufweist, wobei in den Eingangsabschnitt TKI die Werkstücke über eine erste Öffnungseinrichtung 1 einbringbar sind, wobei aus dem Ausgangsabschnitt TKO die Werkstücke über eine zweite Öffnungseinrichtung 2 ausbringbar sind und sowohl der Eingangsabschnitt TKI als auch der Ausgangsabschnitt TKO gegenüber dem Heizabschnitt TKH temporär abschottbar sind. Durch diesen Aufbau wird es möglich, die Erwärmung der Bauteile WP im Rahmen ihrer Verbringung zu der Härtepresse PQ zu bewerkstelligen, wobei die Übergabe der Werkstücke WP in die Härtepresse PQ von der Einbringung der Werkstücke WP in den Heizabschnitt TKH und der ofeninternen Übergabe der Werkstücke WP in den Ausgangsabschnitt TKO zeitlich entkoppelt und auf das Öffnen der zweiten Öffnungseinrichtung 2 abgestimmt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst in einer Weiterbildung eine Handhabungseinrichtung TS mittels der Werkstücke WP aus dem Durchlaufofen TK, d.h. aus der Ausgabekammer C2 oder von einer der Ausgabekammer C2 nachgeordneten Ablageeinrichtung in die Härtepresse PQ zum Härten der Werkstücke WP überführbar sind. Die Handhabungseinrichtung TS kann durch einen Roboterarm oder ein Portalsystem gebildet sein.
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Die Darstellung nach 2 zeigt eine unter Einschluss der Vorrichtung nach 1 aufgebaute und als Zelle gestaltete Presshärteanlage. Diese Presshärteanlage umfasst einen Härteofen TK, eine Ausgabeschleuse TKO, zur Ausgabe von Werkstücken WP aus dem Härteofen TK und eine Härtepresse PQ, zum Spannen eines Werkstücks WP und zur Bewerkstelligung eines Abschreckvorganges des Werkstücks WP in gespanntem Zustand. Der Härteofen TK ist als erfindungsgemäßer Härteofen TK vorhanden.
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Bei der dargestellten Presshärteanlage ist in einem Zwischenbereich zwischen der als Ausgabeschleuse fungierenden Abgabekammer TKO und der Härtepresse PQ ein Handhabungssystem TS vorgesehen. Dieses Handhabungssystem TS wird derart betrieben, dass sich für die Verbringung des Werkstücks WP aus der Ausgabeschleuse in die Härtepresse PQ ein programmtechnisch gesichertes zeitliches Temperaturprofil des Werkstückes WP ergibt.
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Der Härteofen TK ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Vakuumofen ausgeführt, zum Aufheizen eines Werkstückes WP in einer sauerstoffarmen Umgebung. Weiterhin ist der Härteofen TK als Durchgangsofen ausgeführt.
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Die Werkstückhandhabung zwischen dem Härteofen TK und der Härtepresse PQ wird hier derart bewerkstelligt, dass das Werkstück WP nach dem Ausgang aus der Öffnungseinrichtung 2 der Ausgabeschleuse TKO quer zur Durchlaufrichtung DTK durch den Härteofen TK in die Härtepresse PQ geführt wird. Der Härteofen TK und die Härtepresse PQ sind hierzu hinsichtlich des Werkstücklaufes durch das Transfersystem TS über Eck gekoppelt.
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In der 2 ist gezeigt, dass der Härteofen TK eine Eingangsschleuse TKI und eine Ausgangsschleuse TKO aufweist. In einer der Eingangsschleuse TKI vorgelagerten Zone ist ein Beschickungssystem LS vorgesehen.
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Der Verbringungsvorgang der Werkstücke aus WP aus der Ausgabeschleuse TKO des Härteofens TK zu der Härtepresse PQ und der Abschreckprozess in der Härtepresse PQ erfolgen ablauftechnisch zeitlich gekoppelt. Das Verbringen des Werkstücks aus der Ausgabekammer TKO in die Härtepresse PQ wird als thermisch relevanter Teilschritt des Abschreckprozesses gehandhabt.
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Bei der dargestellten Presshärteanlage ist ein Werkstücktransfersystem WPH1, WPH2 vorgesehen, das sich entlang des Härteofens TK zwischen einem Ausgabebereich der Härtepresse PQ und einer Eingangsöffnung 1 der Eingangsschleuse TK1 des Härteofens TK erstreckt. Das Werkstücktransfersystem WPH1, WPH2 umfasst mehrere verkettete Fördermodule. Über ein erstes Modul des Werkstücktransfersystems WPH1 ist eine Nachkühlungsstation 6, eine Waschstation 7 und/oder eine Prüfstation 8 mit Werkstücken beschickbar. Über ein zweites Modul des Werkstücktransfersystems ist eine Rückführung des jeweiligen Werkstücks in den Eingangsbereich der Zelle CW bewerkstelligbar. Von dort aus können die gehärteten und gewaschenen Werkstücke in die Kühlzellen 10, 11, 12, 13 verbracht werden.
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Die Presshärteanlage ist derart gestaltet, dass im Bereich der Prüfstation 8 darin befindliche Werkstücke WP aus der Presshärteanlage entnehmbar sind.
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Weiterhin kann ein den Abschluss des Transfervorganges des Werkstückes WP in die Presse PQ bestätigendes Signal den Presshärtungsvorgang starten. Das Handhabungssystem TS befindet sich in einer Härtezelle CW, welche den Härteofen TK und die Härtepresse PQ beherbergt.
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Die Härtezelle CW ist als Rechteckquaderstruktur gestaltet, der Ofen erstreckt sich in Längsrichtung dieser Quaderstruktur. Die Härtepresse PQ befindet sich in einem Längsendbereich.
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Der durch das Handhabungssystem TS abgewickelte Werkstück-Transfervorgang wird überwacht und hinsichtlich seines zeitlichen Ablaufes dokumentiert. Hierzu kann insbesondere das thermische Zeitprofil des Werkstücks messtechnisch erfasst und aufgezeichnet werden.
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Die Darstellung nach 2 zeigt insgesamt auch den Aufbau einer Härtezelle CW, mit dem Härteofen TK, der Härtepresse PQ, einer Werkstückwascheinrichtung 7 und dem Werkstückhandhabungssystem TS zur Verbringung der Werkstücke aus dem Härteofen TK in die Härtepresse PQ. Die Härtezelle CW beinhaltet ein Werkstückrückfördersystem WPH, zur Verbringung der Werkstücke WP aus der Härtepresse PQ zu einem Ein- und Ausgabebereich 9, 9a. Der Härteofen TK ist als Durchgangsofen ausgeführt. Das Werkstückrückfördersystem WPH ist parallel zum Härteofen TK geführt. Die Werkstückwascheinrichtung 7 ist in einem Zwischenbereich zwischen dem Werkstückausgabebereich 9a und der Härtepresse PQ angeordnet und über das Werkstückrückfördersystem WPH beschickbar.
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Weiterhin ist in einem dem Eingangsbereich TKI des Härteofens TK benachbarten Bereich der Härtezelle CW eine erste Kühlzelle 10 vorgesehen. In einem dem Eingangsbereich TKI des Härteofens TK benachbarten Bereich der Härtezelle CW sind weitere Kühlzellen 11, 12, 13 vorgesehen.
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Der Werkstückspeicher WPB1, WPB2 und/oder die Kühlzellen 10, 11, 12, 13 sind über das Beschickungssystem LS erreichbar, so dass aus diesen Modulen Werkstücke WP durch das Beschickungssystem entnehmbar und in diese Module einbringbar sind. Die Kühlzellen 10, 11, 12, 13 können auch mit Heizeinrichtungen ausgestattet sein, so dass über diese Zellen auch ein Anlassprozess abwickelbar ist.
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Die Härtezelle CW ist von einer Zellenwand CW2 umschlossen. Das Werkstückrückfördersystem WPH ist an eine Ausgabeschleuse 8 angebunden. Über diese Ausgabeschleuse 8 ist eine Werkstückausschleusung aus der Härtezelle CW zur Bewerkstelligung einer Werkstückprüfung bewerkstelligbar. Über die Ausgabeschleuse können geprüfte Werkstücke WP auch wieder in die Anlage zurückgegeben werden um beispielsweise in die Kühlzellen-Module 10, 11, 12, 13 eingesetzt zu werden.
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Die Steuerung des Betriebs der Härtezelle erfolgt durch eine Steuereinrichtung CPU (vgl. 1) die hier beispielhaft in zwei signaltechnisch gekoppelte Module CE, CP1 untergliedert ist, wobei das Modul CE primär für das Werkstückhandling im Eingangsbereich des Härteofens TK herangezogen wird und das Modul CP1 den Werkstückfluss im Härteofen TK, das Transfersystem TS und die Härtepresse PQ steuert. Es werden damit alle für die Handhabung des Werkstücks WP ab Eingang in den Härteofen TK bis zum Abschluss des Härteprozesses relevante Steueraufgaben, einschließlich der Temperatursteuerung des Härteofens TK durch das Steuermodul CP1 koordiniert. Das Steuermodul CP1 übernimmt damit das „Hot-Handling“ und das Steuermodul CE das „Cold-Handling“. Die Prozesse im „Hot-Handling werden werkstückspezifisch dokumentiert. Für das „Cold-Handling“ erfolgt eine Dokumentation lediglich im Hinblick auf die Störungsfreiheit des Handlingprozesses. Die über das Modul CE abgewickelte Cold-Handling Steuerung umfasst auch die Werkstückhandhabung nach Ausgang aus der Härtepresse PQ. Etwaige Daten zur thermischen Werkstücknachbehandlung, insbesondere Kühlen und erneutes Anlassen, können wieder dem Modul CP1 zugeführt werden.
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Offenbart wird gemäß 3 auch ein Verfahren zum Erwärmen von metallischen Werkstücken WP in einem Härteofen TK, wobei im Rahmen eines Schrittes S1 ein Werkstück WP in einen der ersten Öffnungseinrichtung 1 des Härteofens TK vorgelagerten Bereich verbracht wird.
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Im Schritt S2 wird in einem Systemzustand in welchem die Sperrwand 3 geschlossen ist der Druck in der Kammer C1 an den Umgebungsdruck angeglichen. Im Schritt S3 wird die Öffnungseinrichtung 1 geöffnet. Im Schritt S4 wird das Werkstück WP in die Eingangskammer C1 eingebracht. Im Schritt S5 wird die Öffnungseinrichtung 1 geschlossen.
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Im Schritt S6 wird der Druck in der Kammer C1 auf den Innendruck in der dritten Kammer C3 abgesenkt. Im Schritt S7 wird die Sperrwand 3 geöffnet. Im Schritt S8 wird das Werkstück in Durchlaufrichtung des Ofens TK in die dritte Kammer C3 gefördert. Im Schritt S9 wird die Sperrwand 3 geschlossen.
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In den Schritten S10 bis S15 wird das Werkstück durch in Durchlaufrichtung DTK abfolgende Zonen oder Stationen des Ofens TK gefördert und in diesen Zonen definiert aufgeheizt. In der Kammer C3 herrscht ein definierter Unterdruck der über eine hier nicht weiter beschriebene Steuerroutine eingestellt und aufrechterhalten wird.
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Sobald sich das Werkstück WP in einem geforderten thermischen Zustand in der letzten der Sperrwand 4 vorgelagerten Zone der Kammer C3 befindet, wird im Schritt S16 in der Ausgabekammer C2 der Druck auf den Innendruck der Kammer C3 abgesenkt. Im Schritt S17 wird die Sperrwand 4 geöffnet und das Werkstück WP in die den Ausschleuseabschnitt TKO bildende Ausgabekammer C2 verbracht. Die Sperrwand 4 wird im Schritt S18 geschlossen. Im Schritt S19 wird der Druck in der Kammer C2 auf Umgebungsdruckniveau erhöht.
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Die Druckerhöhung kann bewerkstelligt werden, indem der Druckausgleich durch Zufuhr eines inerten Gases in die Kammer C2 bewerkstelligt wird.
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Im Schritt S20 wird die Temperatur in der Ausgabekammer C2 auf eine Werkstückhaltetemperatur eingestellt.
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Ferner zeigt die Darstellung nach 3 schematisch eine Steuereinrichtung CPU und ein Flussdiagramm eines durch diese Steuereinrichtung abgearbeiteten Prozesses. Die Steuereinrichtung CPU steuert den Ablauf eines Verfahrens zur Bewerkstelligung eines Presshärtungsprozesses, bei welchem im Rahmen eines Temperierungsschrittes Werkstücke in einem Härteofen erwärmt und im Rahmen eines Abschreckschrittes in einer Härtepresse abgeschreckt werden. Die Steuereinrichtung CPU ist hier beispielhaft über ein Bus-System mit den Schaltorganen der gesteuerten Komponenten der Härteanlage gekoppelt.
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Der hier verwendete Begriff des Steuerns umfasst im Kontext der vorliegenden Beschreibung auch das Regeln, die Steuereinrichtung kann insoweit eine Regeleinrichtung darstellen, und Stellgrößen unter Berücksichtigung von zurückgeführten Signalen, insbesondere hinsichtlich Druck, Temperatur, Werkstückposition und dynamisch einstellen.
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Gemäß dem durch Konfiguration der Steuereinrichtung CPU durch diese abgewickelten Anlagenbetriebsverfahren wird im Rahmen des Schrittes S1 ein Werkstück WP durch die Handhabungseinrichtung aus dem Werkstückvorhaltelager WPB1 aufgegriffen und in einen der ersten Öffnungseinrichtung 1 vorgelagerten Bereich verbracht. Im Schritt S2 wird in einem Systemzustand in welchem die Sperrwand 3 geschlossen ist der Druck in der Kammer C1 an den Umgebungsdruck angeglichen. Im Schritt S3 wird die Öffnungseinrichtung 1 geöffnet. Im Schritt S4 wird das Werkstück WP in die Eingangskammer C1 eingebracht. Im Schritt S5 wird die Öffnungseinrichtung 1 geschlossen.
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Im Schritt S6 wird der Druck in der Kammer C1 auf den Innendruck in der dritten Kammer C3 abgesenkt. Im Schritt S7 wird die Sperrwand 3 geöffnet. Im Schritt S8 wird das Werkstück in Durchlaufrichtung des Ofens TK in die dritte Kammer C3 gefördert. Im Schritt S9 wird die Sperrwand 3 geschlossen.
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In den Schritten S10 bis S15 wird das Werkstück durch in Durchlaufrichtung DTK abfolgende Zonen oder Stationen des Ofens TK gefördert und in diesen Zonen definiert aufgeheizt. In der Kammer C3 herrscht ein definierter Unterdruck der über eine hier nicht weiter beschriebene Steuerroutine eingestellt und aufrechterhalten wird.
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Sobald sich das Werkstück WP in einem geforderten thermischen Zustand in der letzten der Sperrwand 4 vorgelagerten Zone der Kammer C3 befindet, wird im Schritt S16 in der Ausgabekammer C2 der Druck auf den Innendruck der Kammer C3 abgesenkt. Im Schritt S17 wird die Sperrwand 4 geöffnet und das Werkstück WP in die den Ausschleuseabschnitt TKO bildende Ausgabekammer C2 verbracht. Die Sperrwand 4 wird im Schritt S18 geschlossen. Im Schritt S19 wird der Druck in der Kammer C2 auf Umgebungsdruckniveau erhöht.
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Die Druckerhöhung kann bewerkstelligt werden, indem der Druckausgleich durch Zufuhr eines inerten Gases in die Kammer C2 bewerkstelligt wird.
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Im Schritt S20 wird die Temperatur in der Ausgabekammer C2 auf eine Werkstückhaltetemperatur eingestellt. Im Schritt S21 wird abgefragt, ob sich das Transfersystem TS und die Härtepresse PQ in einem zur Abarbeitung des Abschreckvorganges geeigneten Bereitschaftszustand befinden.
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Im Schritt S22 wird der Abschreckvorgang aktiviert. Hierzu wird im Schritt Q1 die Öffnungseinrichtung 2 geöffnet. Im Schritt Q2 greift das Transfersystem TS das Werkstück WP aus der Kammer C2 ab und transferiert dieses auf einer definierten Bahn mit einem definierten Geschwindigkeitsprofil in die Härtepresse PQ. Im Schritt Q3 spannt die Härtepresse PQ das eingesetzte Werkstück. Im Schritt Q4 erfolgt die Beaufschlagung des gespannten Werkstücks mit einem Abschreckmedium.
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Die Schritte Q1 bis Q4 bilden eine Prozessschrittgruppe, die in einem programmtechnisch definierten zeitlichen Rahmen abgearbeitet wird. Das Freigeben des Werkstücks WP in der Kammer C2 und der Transfervorgang des Werkstücks WP in die Härtepresse PQ bilden Teil des Abschreckprozesses der werkstückspezifisch parametrisiert abgewickelt wird. Das Handhabungssystem TS wird hierbei derart betrieben, dass sich für die Verbringung des Werkstücks WP aus der Ausgabeeinrichtung TKO in die Härtepresse PQ ein programmtechnisch gesichertes zeitliches Temperaturprofil des Werkstückes WP sowie auch eine programmtechnisch gesicherte zeitliche Gaskontaktierung des Werkstückes WP ergibt.
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Der mit dem Öffnen der Öffnungseinrichtung 2 beginnende Verbringungsvorgang kann nur in Verbindung mit einem Bereitschaftssignal der Härtepresse abgewickelt werden. Es gibt insoweit keine außerhalb des definierten Ablaufs anfallende Wartezeit oder Prozesszeitstreckung.
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Im Anschluss an die Presshärteschrittfolge Q1 bis Q4 (Q1, Q2, Q3, Q4) wird die Härtepresse PQ im Schritt S23 geöffnet und das Werkstück im Schritt S24 aus der Härtepresse PQ entnommen.
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Im Schritt S25 wird das Werkstück in einen Werkstückträger eingesetzt und im Schritt S26 einer Waschstation zugeführt.
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Nach dem durch die Steuereinrichtung CPU veranlassten Anlagenbetrieb erfolgt das Öffnen der Öffnungseinrichtung 2 und der Aufgriff des Werkstückes in dem Ausgangsbereich TKO des Härteofens wenn das Werkstück einen definierten thermischen Zustand erlangt hat und das Transfersystem und die Härtepresse in einem Bereitschaftszustand sind. Die Prozessschrittgruppe Q1, Q2, Q3, Q4 (Q1 bis Q4) nimmt mit dem Öffnen der Öffnungseinrichtung 2 ihren Lauf.
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Im Rahmen der Mediumbeaufschlagung des Werkstückes WP in der Härtepresse PQ erfolgt in dem Schritt Q4 eine programmtechnisch definierte und durch Stellmittel abgestimmte Beaufschlagung des Werkstückes mit einem Abschreckmedium.
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Die Erwärmung der Werkstücke im Rahmen des Durchlaufs durch den Härteofen UND wird messtechnisch erfasst und werkstückspezifisch aufgezeichnet und dokumentiert.
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Die Darstellung nach 4 zeigt eine Presshärteanlage, mit einem Härteofen TK, der als Durchlaufofen ausgeführt ist und einen Ofeneingang TKI und einen Ofenausgang TKO aufweist. Die Presshärteanlage umfasst weiterhin eine Härtepresse PQ, zum Spannen eines Werkstücks und zur Bewerkstelligung eines Abschreckvorganges des Werkstücks in gespanntem Zustand. In einem Zwischenbereich zwischen dem Ofenausgang TKO und der Härtepresse PQ ist ein Handhabungssystem TS vorgesehen. Weiterhin ist in einem dem Ofeneingang TKI benachbarten Bereich ein Werkstückbeschickungssystem LS vorgesehen. Das Handhabungsystem TS und das Werkstückbeschickungssystem LS sind über einen am Durchlaufofen TK vorbei geführten Werkstückträgerförderweg DTR miteinander verbunden.
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Über den Werkstückträgerförderweg erfolgt eine Rückführung der Werkstückträger zum Eingangsbereich des Durchlaufofens TK. Die Werkstückträger durchwandern sowohl in Eingangsbereich des Durchlaufofens TK, als auch am Ausgangsbereich des Durchlaufofens TK Zonen in welchen eine Werkstückhandhabung durch Transfersysteme die insbesondere durch einen Roboterarm oder einen Portalroboter gebildet sind, erfolgt. Der Werkstückträgerförderweg verläuft parallel zum Durchlaufofen. Wiederum parallel zu diesem Werkstückträgerförderweg verläuft auch der in Verbindung mit 2 beschriebene Werkstückförderweg WPH ab dem Ausgang aus der Härtepresse PQ zurück zu den Kühlzellen 10, 11, 12, 13.
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Hierdurch wird es möglich, über das Handhabungssystem TS die aus dem Ofenausgang herausgeführten Werkstückträger aufzugreifen und zum Eingang des Härteofens TK zu verbringen.
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Offenbart wird weiterhin ein erfindungsgemäßes Mittel zum Erwärmen, wobei das zumindest eine Mittel zum Erwärmen von Werkstücken als Durchlaufofen ausgebildet ist, durch welchen die Werkstücke in einer Durchlaufrichtung hindurchförderbar sind, wobei der Durchlaufofen einen Eingangsabschnitt, einen Heizabschnitt und einen Ausgangsabschnitt aufweist, wobei die Werkstücke über eine erste Öffnungseinrichtung in den Eingangsabschnitt einbringbar sind, wobei die Werkstücke über eine zweite Öffnungseinrichtung aus dem Ausgangsabschnitt ausbringbar sind, wobei der Ausgangsabschnitt eine zur Werkstückübernahme aus dem Heizabschnitt vorgesehene Ausgabekammer umfasst und die Ausgabekammer gegenüber dem Heizabschnitt und dem Mittel zum Härten des Werkstückes gesteuert verschließbar ist.
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Der Härteofen TK ist von einer Zellenwand CW2 umschlossen.
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Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solcher Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können. Stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
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Vorrichtungsmerkmale können auch als Verfahrensmerkmale betrachtet und formuliert werden. Verfahrensmerkmale können als Vorrichtungsmerkmale betrachtet und formuliert werden.
