-
Verfahren zum Härten und Kühlen von auf kritische Temperaturen erhitzten
Werkstücken Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten und Kühlen von auf kritische
Temperaturen erhitzten Werkstücken. das weitgehend selbsttätig arbeitet und den
Härte- und Kühlvorgang von menschlicher Aufmerksamkeit weitgehend unabhängig macht.
-
Zum Härten und Kühlen ist es bereits bekannt, die Werkstücke zunächst
in ein auf wesentlich tieferer Temperatur liegendes Abschreckmittel zu tauchen und
später zusammen mit dem die Werkstücke unmittelbar umgebenden Abschreckmittel mit
einem Schirm einzuschließen, der nach der Härtung das Temperaturgefälle zwischen
den Werkstücken und dem abgeteilten Abschreckmittel verringert und die Abkühlung
der Werkstücke zur Vermeidung von Härtespannungen verzögert. Dabei muß jedoch die
Bedienungsperson selbst den Zeitpunkt bestimmen, wann der Schirm über die Werkstücke
gezogen werden soll. Dies setzt Erfahrung und Aufmerksamkeit voraus. Außerdem gestattet
dieses bekannte Verfahren nicht ohne weiteres die Verwendung brennbarer öle als
Abschreckmittel, weil der Luftsauerstoff an das Abschreckmittel heran und sich das
Abschreckmittel dadurch unter Umständen entzünden kann.
-
Das Verfahren nach der Erfindung vermeidet diese Schwierigkeiten und
erlaubt einen weitgehenden automatischen Ablauf des Härte- und Kühlvorgangs dadurch,
daß der Schirm durch die aus dem Abschreckmittel während der ersten Kühlung entwickelten
Gase in einem gewissen Abstand über den gekühlten Werkstücken gehalten und erst
durch das Abklingen der Gasentwicklung selbsttätig durch sein Eigengewicht gesenkt
wird. Die vom Abschreckmittel anfangs erzeugten Gase halten den Schirm dabei in
der Schwebe. Das Abstimmen des Siedepunkts des Abschreckmittels, des Schirmgewichts
und der Masse der Werkstücke erreicht man dabei eine selbsttätige Steuerung der
Schirmbewegung und damit des Härte- und Kühlvorgangs mit gleichmäßiger Behandlung
der aufeinanderfolgenden Einsätze. Beim Verfahren nach der Erfindung kann man auch
mit brennbaren Abschreckmitteln, z. B. Ölen, arbeiten, weil ein nach oben geschlossener
glockenförmiger Schirm den Zutritt von Luftsauerstoff zum hocherhitzten Abschreckmittel
verhindert. Man darf dabei auch über der Siedetemperatur des Abschreckmittels arbeiten.
-
Damit der Vorgang bei einer Reihe von Einsätzen immer gleich abläuft,
muß beim Verfahren nach der Erfindung die gleiche Schirmbewegung gegenüber den Werkstücken
bei jedem Einsatz gesichert sein. Dazu sind bei der Vorrichtung nach der Erfindung
am Schirmhalter Führungen vorgesehen, die den Schirm senkrecht führen. Das Austauchen
des Schirms aus dem Abschreckmittel wird durch einen Anschlag an der Führung begrenzt.
Die erste Bewegung des Schirms wird durch eine Betätigungsvorrichtung eingeleitet,
die von einem in das Abschreckmittel tauchenden Thermostaten gesteuert ist.
-
Die Zeichnung erläutert Verfahren und Vorrichtung. Dabei zeigt F i
g. 1 Ausschnitte der Vorrichtung mit aufsitzender Glocke im Vertikalschnitt, kurz
vor dem Eintauchen in den Behälter, F i g. 2 dieselbe Vorrichtung kurz nach dem
Eintauchen, wobei die Schirmglocke durch die beim Eintauchen der Körper in die Flüssigkeit
aufsteigenden Gase von den Körpern abgehalten wird, F i g. 3 dieselbe Vorrichtung,
nachdem der Halter den Boden des Behälters erreicht hat, wobei die Glocke nach dem
Auftreffen auf der an dem mit dem Halterboden 16 verbundenen Stab 17 befestigten
Stop-Platte 11 mitgezogen wurde, F i g. 4 dieselbe Vorrichtung nach Abschluß
der Gasentwicklung. Die Glocke ist nun ebenfalls ganz herabgesunken und sitzt wie
in F i g. 1 auf dem Halterboden auf, F i g. 5 einen Vertikalschnitt einer andersartigen
Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und F i g. 6 Ausschnitte
aus einer Seitenansicht einer weiteren Abwandlung der Vorrichtung.
-
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, befaßt sich die Erfindung mit dem
Härten von festen Körpern, z. B.
eines Körpers 10 in F i g. 1, nachdem
sie zuerst in üblicher Weise (z. B. in einer Esse oder einem anderen Ofen) auf die
gewünschte Temperatur erhitzt wurden. Die Körper können schon vor dem Erhitzen auf
einen Halter oder einer Platte 16 (F i g. 1) mit einer daran befestigten
und die Handhabung erleichternden Tragstange 17 aufgesetzt werden.
-
Die erhitzten Körper werden in den mit der Härteflüssigkeit 14 bis
zum Spiegel 35 gefüllten Behälter 13 eingeführt. Eine Wärmeabschirmung
18 (z. B. in Form einer Glocke, F i g. 3) sitzt durch ihr Gewicht (das wahlweise
auch erhöht werden kann), auf dem äußeren Rand der Platte 16 auf, so daß
sie die Körper 10 am Anfang und im letzten Abkühlstadium (Fig. 4) einschließt. Die
Glocke 18 ist zweckmäßig in 20 gleitend auf der Stange 17 befestigt (F i g. 3 und
4); eine Verschiußkappe 19 auf der Glocke 18 sitzt auf einem Verschlußring 12, der
das Gleiten der Glocke auf der Stange 17 gewährleistet. Die gleitende Verbindung
20 läßt eine schmale Öffnung für die Stange frei, die jedoch nicht hermetisch abschließen
muß. Der Durchmesser der Öffnung in der Glocke 18 bzw. in dem auf der Stange
17 gleitenden Verschlußring 12
kann verschieden groß sein, so daß das
Entweichen des in die Glocke 18 aufgestiegenen Gases und damit die Zeit für das
Sinken der Glocke 18, wie im folgenden näher erläutert, regulierbar ist.
-
Im Beispiel nach F i g. 5 ist eine zweite Stange 17 a auf der Platte
16 vorgesehen. Die Glocke 18 steht zwischen den beiden Stangen und
gleitet mit dem verlängerten Arm 21 in einem Führungslager 22, das
in üblicher Weise an einem Träger oder einem Bügel 23
mit den in den Schienen
25 laufenden Rollen 24. Eine Winde 26 dreht sich auf der Welle 27 am Bügel
23 und ist über das Seil 28 und den Haken 29 mit dem oberen Ende des Arms 21 verbunden.
Dadurch entfernt oder nähert sich die Glocke 18 den Körpern 10, und zwar automatisch
während der Gasentwicklung und nachher in der obenerwähnten Weise. Die Glocke 18
kann sich im Beispiel nach F i g. 5 bis zu der durch die gestrichelten Linien angedeuteten
Stellung während der intensiven Gasentwicklung heben und danach in die durch die
ausgezogenen Linien dargestellte Lage zurückkehren.
-
Das Verfahren nach der Erfindung hat folgende Arbeitsgänge: Die Platte
16 mit den erhitzten Werkstücken wird senkrecht über den Härteflüssigkeitsbehälter
13 gebracht (F i g. 1). Die Stange 17 mit der Platte und den Werkstücken
wird in die Härteflüssigkeit getaucht (F i g. 2). Die Flüssigkeit 14 (z.
B. Öl oder Wasser bei Zimmertemperatur oder andere kühlende Flüssigkeiten, die bei
diesem Verfahren nicht künstlich erhitzt werden müssen) hat eine wesentlich niedrigere
Temperatur als die erhitzten Körper. Beim Eintauchen der Körper und noch kurze Zeit
danach entsteht eine heftige Gas- und Dampfentwicklung auf Grund dieses Temperaturunterschieds.
Das Gas steigt in die Glocke und hindert sie am Absinken, während die Werkstücke
beim weiteren Senken der Stange 16 immer tiefer eintauchen und so eine Zeitlang
der vollen Kühlung der ganzen Flüssigkeitsmenge ausgesetzt sind. Dadurch kühlen
die Werkstücke rasch ab und erreichen in kurzer Zeit die für das Härten erforderliche
Temperatur.
-
Beim Abkühlen der Werkstücke kondensiert der Dampf im Inneren der
Glocke 18, so daß ein Vakuum entsteht. durch das die Glocke nach unten auf die Platte
16 gezogen wird (F i g. 4) und die Körper mit einem Teil 33 der Flüssigkeit
einschließt. Danach geht das Abkühlen der Werkstücke mit der eingeschlossenen Flüssigkeit
allmählich und gleichmäßig vor sich, so daß die Werkstücke langsam und gleichmäßig
ohne Reißen und Werfen abkühlen.
-
An der Stange 17 ist eine Stop-Platte 11 (F i g. 3) vorgesehen, die
die Glocke beim Senken der Platte 16
mit den Werkstücken auf den Behälterboden
mitzieht. Sie verhindert damit ein zu starkes Heben der Glocke durch den beim Eintauchen
entstehenden Gasdruck. Die Glocke kann je nach Bedarf schneller oder langsamer als
beim normalen Ablauf gesenkt werden. Dazu ist nach F i g. 5 ein mit der Glocke
18
verbundener Bedienungshebel 30 vorgesehen. F i g. 6 zeigt eine entsprechende
automatisch wirkende Vorrichtung als eine von vielen verschiedenen Möglichkeiten
dieser Art. Dabei ist ein Thermostatschalter 40
mit einem Relais
41 im Behälter 13 vorgesehen. Ein Motor 42 wird über das Relais 41
in Betrieb gesetzt und treibt die Welle 44 mit dem Exzenter 45 an,
der die Stange 43 mit dem am oberen Glockenteil vorgesehenen Bolzen 46 in
Bewegung setzt.
-
Der Behälter 13 ist mit einer vorher nicht erhitzten Flüssigkeit 14
mit annähernder Zimmertemperatur gefüllt. Beim Eintauchen der erhitzten Körper wird
die Flüssigkeit zum Kochen gebracht (F i g. 3), so daß die Körper zuerst von der
ganzen Flüssigkeitsmenge umgeben sind und nach dem Senken der Glocke 18
mit
einem Teil der Flüssigkeit von der Glocke eingeschlossen sind und allmählich abkühlen.
-
Die für die Werkstücke erforderliche Temperatur ist dem Fachmann bekannt
und im übrigen aus vielen Tabellen ersichtlich. Sie richtet sich nach der Art des
Werkstoffs, aus dem die Stücke gefertigt sind. Aus den verfügbaren Tabellen sind
solche Angaben sowie die einschlägigen Temperaturen der Werkstücke und damit die
zu verwendende Härteflüssigkeit, die bei den erforderlichen Temperaturen siedet,
ersichtlich. In diesem Zusammenhang wird besonders auf Standardwerke wie das »Metals
HandbookK, Ausgabe 1948, ASM Verlag, Seite 607 bis 612 verwiesen.