DE19829825C2 - Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung und Verfahren zum Abschrecken dünner Plattenteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung und ein Verfahren zum Abschrecken dünner Plattenteile und insbesondere eine Kar­ burierungs- und Abschreckungsvorrichtung zum Karburieren und Abschrecken dünner Plattenteile und ein Verfahren zum Abschrecken derselben.

Als ein Lagerring eines Axialnadellagers wird ein ringförmiges dünnes Plattenteil eingesetzt, das aus Chrommolybdenstahl gebildet ist und eine Dicke von nähe­ rungsweise 1 mm und einen Durchmesser von näherungsweise 60 mm hat. Das dünne Plattenteil erfordert einige Härte, um die Funktion, z. B. als ein Lagerring bereitzustellen. Um die Härte zu erhalten, um diese Funktion bereitzustellen, muß das dünne Plattenteil karburiert bzw. aufgekohlt und dann abgeschreckt werden.

Beim Karburierungs- und Abschreckungsverfahren wurde herkömmlich ein kontinuierlicher Ofen des Gitterrostbandtyps, des Gesamtgehäuseofens und ähnliche eingesetzt. Der kontinuierliche Ofen des Gitterrostbandtyps erfordert ein breites und langes Gitterrostband und erfordert folglich nachteilhaft großen Raum. Der Gesamtgehäuseofen hat nachteilhaft eine begrenzte Verfahrenska­ pazität, da der nächste Stapel nicht in die Karburierungskammer eintritt, solan­ ge ein Stapel in der Karburierungskammer nicht vollständig karburiert ist.

Für den konventionellen kontinuierlichen Ofen des Gitterrostbandtyps, des Ge­ samtgehäuseofens u. ä. wird eine Flüssigkeit, wie Öl, eingesetzt für das Ab­ schrecken der karburierten dünnen Plattenteile, um die Härte abhängig von der Anwendung zu erhalten.

Das Abschrecken dünner Plattenteile mit einer Flüssigkeit, wie Öl, wird jedoch in einer übermäßigen Kühlungsrate der dünnen Plattenteile resultieren. Die übermäßige Kühlungsrate zusammen mit der extrem reduzierten Dicke der dün­ nen Plattenteile wird durch thermische Behandlung verursachte Verwerfungen (d. h. Verwölbungen) in den dünnen Plattenteilen verursachen. Insbesondere wenn die durch thermische Behandlung verursachte Verwerfung in dem äußeren Ring eines Nadellagers, dem Lagerring eines Axiallagers o. ä. verursacht wird, operiert das Rollelement kaum normal, was zu einer Herabsetzung der Leistung des Lagers führt. Folglich wird eine Entfernung der Verwerfung erforderlich, um eine solche Verwerfung zu entfernen.

Herkömmlicherweise werden die dünnen Plattenteile in eine Flüssigkeit, wie Öl, eingetaucht und folglich gekühlt, und die Flüssigkeit wird folglich an den Ober­ flächen der dünnen Plattenteile festkleben. Dies bringt auch nachteilhafterweise die Notwendigkeit des Waschschritts für das Entfernen der Flüssigkeit von den dünnen Plattenteilen mit sich.

Ferner können herkömmliche gasgekühlte Öfen, die karburierte dünne Platten­ teile mit Gas kühlen, nur unzureichend abgeschreckte und gehärtete dünne Plat­ tenteile aufgrund der gefallenen Temperatur der Produkte bereitstellen, da die herkömmlichen gasgekühlten Öfen einige Zeit erfordern, um die Schale, die die vollständig karburierten dünnen Plattenteile trägt, zu bewegen und auch einige Zeit erfordern, um den Druck des Kühlgases in der Kühlkammer anzuheben.

Für den Kammerofen, wie einen konventionellen Durchlaufofen, ist es allgemein so, daß die Umgebung der Karburierung in einem Ofen eingestellt wird, nach­ dem die Temperatur der Produkte angehoben wird und der Durchwärmungspro­ zeß abgeschlossen ist. Folglich werden die Produkte in einen Ofen eingefügt, der ein Gas für die Karburierung enthält, das bei dem unmittelbar vorhergehenden Prozeß eingesetzt wurde. Als ein Ergebnis werden die Produkte karburiert, wäh­ rend die Temperatur der Produkte angehoben wird, und folglich war es schwie­ rig, eine dünne Karburierungsschicht bei einem dünnen Plattenteil, wie einem Lagerring eines Axialnadellagers, bereitzustellen.

Die Druckschrift EP 0 530 513 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Wärmebe­ handlung von Werkstücken mit einer einzelnen Karburierungskammer und ei­ ner Kühlkammer. Ferner zeigt diese Druckschrift ein Verfahren zum Abschre­ cken eines Werkstückes, bei dem das Werkstück in einer Karburierungskammer karburiert wird und anschließend direkt aus der Karburierungskammer in die Kühlkammer bewegt und abgeschreckt wird.

Die Druckschrift US 4,790,750 zeigt eine Einrichtung zur schnellen thermoche­ mischen Behandlung von Werkstücken, welche eine Vielzahl von Behandlungs­ modulen, insbesondere Vorwärmmodule, Sinter-/Diffusionsmodule und Abschre­ ckungsmodule umfasst.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Karburierungs- und Abschre­ ckungsvorrichtung mit einer hohen Verfahrensleistungsfähigkeit zu schaffen, die fähig ist, durch thermische Behandlung verursachte Verwerfungen der erzeugten Produkte zu verhindern.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Ab­ schrecken dünner Plattenteile zu schaffen, das fähig ist, leicht Härten abhängig von Funktionen von z. B. Lagern zu erhalten, und auch die Notwendigkeit des Schritts zur Entfernung der Verwerfung, dem Waschschritt u. ä. zu beseitigen.

Die Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung entsprechend der vorliegen­ den Erfindung ist für das Karburieren und Abschrecken dünner Plattenteile vor­ gesehen und umfaßt eine Vielzahl von Karburierungskammern für das Karborie­ ren dünner Plattenteile, eine Kühlkammer für das Kühlen der dünnen Platten­ teile, die in den Karburierungskammern karburiert wurden, und eine Kühlför­ dereinrichtung, die mit der Kühlkammer verbunden ist, um ein Kühlgas in die Kühlkammer zu liefern, wobei die Vielzahl von Karburierungskammern in einem gleichen Abstand von der Kühlkammer positioniert sind, so daß sie die Kühl­ kammer umgeben, und die Kühlkammer eine Kühlrateneinstelleinrichtung für das Einstellen einer Kühlrate des dünnen Plattenteils umfaßt, das mit dem Kühlgas gekühlt wird.

Für eine Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung mit nur einer Karburie­ rungskammer, die für die einzelne Kühlkammer vorgesehen ist, werden die Tei­ le, die vollständig in der Karburierungskammer karburiert werden, d. h. abge­ schreckt, in der Kühlkammer gekühlt, während andere Teile in der Karburie­ rungskammer karboriert werden. Wenn jedoch die Kühlzeit in der Kühlkammer kürzer ist als die Karburierungszeit in der Karburierungskammer, werden die Teile in der Kühlkammer vollständig gekühlt, bevor die nächsten Teile vollstän­ dig in der Karburierungskammer karboriert werden. Folglich wird die Kühl­ kammer nicht im Einsatz sein, bis die nächsten Teile vollständig karburiert sind.

Die Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Vielzahl von Karburierungskammern, die für eine Kühlkammer vorgesehen sind. Wenn die Teile in der Kühlkammer vollständig vor dem Abschließen der Karburierung von anderen Teilen in einer Karburierungskammer gekühlt sind, können noch andere Teile aus einer anderen Karburierungskam­ mer, die vollständig karburiert sind, in der Kühlkammer gekühlt werden. Folg­ lich ist die Kühlkammer immer im Einsatz und die Leistungsfähigkeit des Ver­ fahrens der Vorrichtung kann verbessert werden.

Bei der Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es nicht not­ wendig, daß jede Karburierungskammer mit einer jeweiligen Kühlkammer ver­ sehen sein sollte und die Vorrichtung benötigt folglich nur eine Kühlkammer. Folglich kann die Vorrichtung verglichen mit derjenigen, bei der jede Karburie­ rungskammer mit einer jeweiligen Kühlkammer versehen ist, miniaturisiert werden.

Da die Vielzahl von Karburierungskammern so positioniert sind, daß sie die Kühlkammer umgeben, können die dünnen Plattenteile, die vollständig in einer Karburierungskammer karboriert sind, schnell in die Kühlkammer bewegt wer­ den und folglich gekühlt werden, um das Abschrecken der dünnen Plattenteile zu gewährleisten.

Die Kühlfördereinrichtung, die für das Liefern des Kühlgases vorgesehen ist, er­ möglicht ferner den vollständig karburierten dünnen Plattenteilen schnell ge­ kühlt zu werden.

Darüber hinaus ist die Kühlkammer mit einer Kühlungsrateneinstelleinrichtung für das Einstellen der Rate, bei der die dünnen Plattenteile durch das Kühlgas gekühlt werden, versehen, so daß die dünnen Plattenteile optimal abgeschreckt werden können.

Das Kühlgas ist vorzugsweise Inertgas, um zu gewährleisten, daß die dünnen Plattenteile abgeschreckt werden, da Inertgas nicht chemisch mit den dünnen Plattenteilen reagiert.

Ein dünnes Plattenteil ist vorzugsweise ein Lagerring eines Axialnadellagers, um eine große Anzahl von Lagerringen zu erhalten, die weniger verworfen sind und auch eine hohe Präzision haben.

Vorzugsweise umfaßt die Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung auch eine Heizkammer für das Erhitzen der dünnen Plattenteile, bevor sie karburiert werden. Das Erhitzen der dünnen Plattenteile vorher in der Heizkammer und das Liefern dieser dann in eine Karburierungskammer eliminiert die Notwen­ digkeit des Anhebens der Temperatur der dünnen Plattenteile in der Karburie­ rungskammer, und die dünnen Plattenteile werden folglich an der Karburierung gehindert, während ihre Temperatur auf andere Weise angehoben wird. Als ein Ergebnis können dünne Plattenteile gebildet werden, die eine vorbestimmte dünne Karburierungsschicht haben.

Bei einem Abschreckungsverfahren für dünne Plattenteile entsprechend der vorliegenden Erfindung können dünne Plattenteile in einen kontinuierlichen Ofen zumindest zwischen den Karburierungskammern und einer Kühlkammer sukzessiv bewegt werden, und die vollständig in einer Karburierungskammer karburierten dünnen Plattenteile werden schnell in die Kühlkammer transpor­ tiert und abgeschreckt, wobei die dünnen Plattenteile auf eine solche Weise ab­ geschreckt werden, daß die dünnen Plattenteile mit Gas gekühlt werden und der Druck des Gases in der Kühlkammer eingestellt wird, um das dünne Plattenteil unter Druck zu kühlen.

Entsprechend dem Abschreckungsverfahren für dünne Plattenteile entsprechend der vorliegenden Erfindung werden die dünnen Plattenteile mit Gas abge­ schreckt. Gas ist langsamer als Flüssigkeit bei der Kühlungsrate der dünnen Plattenteile und kann auch im Druck und vom Typ her eingestellt werden, um die Kühlungsrate der dünnen Plattenteile leicht zu steuern. Folglich können die dünnen Plattenteile mit verschiedenen Härten abhängig von Funktionen, An­ wendungen u. ä. versehen werden, und auch die durch thermische Behandlung verursachte Verwerfung kann bei den dünnen Plattenteilen reduziert werden. Entsprechend kann die Notwendigkeit der Entfernung von Verwerfungen besei­ tigt werden, um die Anzahl der Schritte für das Behandeln der dünnen Platten­ teile zu reduzieren.

Das Abschrecken der Plattenteile mit Gas beseitigt den Schritt des Abwaschens der Flüssigkeit von den dünnen Plattenteilen wie bei dem Abschrecken von ih­ nen mit Flüssigkeit und eliminiert folglich den Schritt des Waschens der dünnen Plattenteile.

Ferner wird der Druck des Gases in der Kühlkammer eingestellt, um die dünnen Plattenteile unter Druck zu kühlen, so daß die dünnen Plattenteile mit einer Härte versehen werden können, die abhängig von Funktion, Anwendung u. ä. ist, und sie werden auch effektiv von einer durch thermische Behandlung ver­ ursachten Verwerfung geschützt.

Beim Abschrecken dünner Plattenteile wird das Gas in der Kühlkammer vor­ zugsweise bewegt und die Rate und die Zeit der Bewegung werden folglich einge­ stellt, so daß die dünnen Plattenteile mit einer Härte abhängig von Funktion, Anwendung u. ä. versehen werden können und sie auch effektiv vor einer durch thermische Behandlung verursachten Verwerfung geschützt werden.

Vorzugsweise hat ein dünnes Plattenteil seine Hauptoberfläche einem Gas in einem gut regulierten Strom im wesentlichen parallel zu der Hauptoberfläche ausgesetzt. Folglich ist es unwahrscheinlich, daß das dünne Plattenteil un­ gleichmäßig gekühlt wird. Daher kann das dünne Plattenteil gleichmäßig gekühlt werden, um eine Verwölbung zu verhindern.

Vorzugsweise ist das dünne Plattenteil ringförmig, was in einer geringeren Ver­ werfung resultiert und eine Flüssigkeitsverklebung verhindert, so daß ein hoch­ präzises ringförmiges dünnes Plattenteil fertig erhalten werden kann.

Vorzugsweise ist das dünne Plattenteil ein Lagerring eines Axiallagers, was in einer geringeren Verwerfung resultiert und eine Flüssigkeitsverklebung verhin­ dert, so daß ein hochpräziser Lagerring eines Axiallagers fertig erhalten werden kann.

Das vorangegangene und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung offensichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen herangezogen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht einer Karburierungs- und Abschrec­ kungsvorrichtung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist ein schematischer Querschnitt der Gaskühlungskammer, die in Fig. 1 gezeigt ist.

Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht einer Variation der Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfin­ dung.

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf ein zu karborierendes und abzuschreckendes dünnes Plattenteil.

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie V-V der Fig. 4 ge­ nommen wurde.

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht von dünnen Plattenteilen, die durch eine Aufspannvorrichtung abgestützt sind.

Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht eines Korbes und einer Schale zur Aufnahme dünner Plattenteile.

Fig. 8 ist eine schematische Querschnittsansicht zum Illustrieren eines Kühlgasstroms, dem die dünnen Plattenteile in der Kühlkammer aus­ gesetzt sind.

Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, das eine Verarbeitungsvorrichtung für dünne Plattenteile eines kontinuierlichen Ofens entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.

Fig. 10 ist eine Graphik über die Verwölbung eines dünnen Plattenteils ge­ genüber dem Stickstoffgasdruck beim Abschrecken des dünnen Plat­ tenteils mit Stickstoff.

Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

Erstes Ausführungsbeispiel

Hauptsächlich mit Bezug auf Fig. 1 umfaßt eine Karburierungs- und Abschrec­ kungvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung: eine Gaskühlkam­ mer 1; z. B. zwei Karburierungskammern 2 benachbart zu der Gaskühlkammer 1 und diese umgebend; und einen Reservoirtank 3 als eine Kühlfördereinrichtung, die mit der Gaskühlkammer 1 über ein Ventil 6 verbunden ist. Eine Heizkammer 12 ist benachbart zu einer Karburierungskammer 2 vorgesehen.

Hauptsächlich mit Bezug auf Fig. 2 umfaßt die Gaskühlkammer 1 einen Kühlbe­ hälter 9, ein Umrührgebläse (Propeller 4), das in dem Kühlbehälter 9 vorgesehen ist, einen Motor 8 für das Umdrehen des Umrührgebläses 4, ein Thermoelement 5 für das Messen der Temperatur in dem Kühlbehälter 9 und ein Auslaßventil 7. Das Umrührgebläse 4, das Thermoelement 5 und der Motor 8 stellen die Küh­ lungsrateneinstellrichtung dar. Beim Kühlen dünner Plattenteile in der Gas­ kühlkammer 1 wird ein Korb 11, der auf einem Transporttisch 10 als eine Trans­ porteinrichtung positioniert ist, in den Kühlbehälter 9 geliefert.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann die Kühlkammer 1 durch drei Karburierungskam­ mern 2 umgeben sein, wobei jede Karburierungskammer 2 mit einer Heizkam­ mer 12 benachbart dazu versehen ist. Es können mehr als drei Karburierungs­ kammern 2 für eine Gaskühlkammer 1 vorgesehen sein.

Ein Verfahren für das Karburieren und Abschrecken dünner Plattenteile, das die in Fig. 1 und 2 gezeigte Vorrichtung verwendet, wird nun beschrieben werden.

Nicht abgeschreckte dünne Plattenteile 15, wie sie in den Fig. 4 und 5 gezeigt sind, werden präpariert und dann durch eine Aufspannvorrichtung 16 getragen, wie in Fig. 6 gezeigt ist, so daß benachbarte dünne Plattenteile 15 einander nicht berühren. Die Aufspannvorrichtung 16 ist in einem Korb 11 positioniert, der auf einer Schale 13 plaziert ist, wie in Fig. 7 gezeigt ist.

Mit Bezug auf Fig. 1 wird der Korb 11 in dem vorgenannten Zustand in die Heiz­ kammer 12 transportiert, wie durch Pfeil angezeigt ist. Dünne Plattenteile 15 werden in der Heizkammer 12 auf eine Temperatur von beispielsweise 850°C für 15 Minuten in einer Stickstoffumgebung erhitzt. Dann wird der Korb durch den Transporttisch 10 in eine Karburierungskammer 2 transportiert, die auf der lin­ ken Seite in der Figur gezeigt ist, was durch Pfeil angezeigt ist. Dünne Plat­ tenteile 15 werden folglich bei einer Temperatur von beispielsweise 900°C für 30 Minuten in einer Umgebung eines Gases für die Karburierung karboriert.

In der Zwischenzeit nimmt die Heizkammer 12, von der der Korb 11 herausgezo­ gen wurde, einen anderen Korb 11 auf, der andere dünne Plattenteile 15 enthält, wie durch Pfeil angezeigt ist. Dünne Plattenteile 15 in dem anderen Korb 11 werden in der Heizkammer 12 für eine vorbestimmte Zeit erhitzt und dann durch den Transporttisch 10 in die Karburierungskammer 2 für die Karburie­ rung transportiert, die auf der rechten Seite der Figur gezeigt ist, was durch Pfeil angezeigt ist.

Dünne Plattenteile 15, die in der Karburierungskammer 2 karboriert sind, die auf der linken Seite der Figur gezeigt sind, werden durch den Transporttisch 10 in die Gaskühlungskammer 1 transportiert, wie durch Pfeil angezeigt ist. Durch das Öffnungsventil 6 strömt ein Inertkühlungsgas, wie ein Stickstoffgas, von dem Reservoirtank 3 in die Gaskühlungskammer 1, und der Druck in der Gaskühlungskammer 1 erreicht folglich mehrere Atmosphären in näherungswei­ se 1 Sekunde. Das Thermoelement 5 mißt die Temperatur in der Gaskühlungs­ kammer 1. Wenn die gemessene Temperatur beispielsweise 150°C übersteigt, bewegt das Umrührgebläse 4 das Gas in der Gaskühlungskammer 1. Wenn die Temperatur in der Gaskühlungskammer 1 unter 150°C fällt, stoppt das Gebläse 4 die Verwirbelung (Fig. 2). Wenn die dünnen Plattenteile vollständige gekühlt sind (abgeschreckt), wird das Auslaßventil 7 geöffnet und der Druck in der Gas­ kühlungskammer 1 erreicht folglich den atmosphärischen Druck. Dann zieht der Transporttisch 10 den Korb 11 aus der Gaskühlungskammer 1 heraus, wie durch Pfeil angezeigt ist.

Dann wird ein anderer Korb in die Karburierungskammer 2, die auf der rechten Seite der Figur gezeigt ist, mit den vollständig karborierten dünnen Plattenteilen durch einen Transporttisch 10 in die Gaskühlungskammer 1 transportiert, wie durch Pfeil angezeigt ist, und folglich werden sie auf eine ähnliche Weise wie die oben beschriebene darin gekühlt. Wenn dünne Plattenteile 15 in dem ande­ ren - Korb 11 vollständig in der Gaskühlungskammer 1 gekühlt sind (abgeschreckt), werden sie aus der Gaskühlungskammer 1 herausgezogen, wie durch Pfeil angezeigt ist. Durch Wiederholen eines solchen Verfahrens können dünne Plattenteile 15, die in einer Vielzahl von Körben 11 plaziert sind, sukzes­ siv karboriert und abgeschreckt werden.

Wenn es nur eine Karburierungskammer 2 für eine Gaskühlungskammer 1 gibt, werden die dünnen Plattenteile 15 zuerst vollständig in der Karburierungskam­ mer 2 karburiert, und sie werden dann in der Gaskühlungskammer 1 gekühlt, während andere dünne Plattenteile 15 in der Karburierungskammer 2 karburiert werden. Wenn die Kühlzeit in der Gaskühlungskammer 1 jedoch kürzer als die Karburierungszeit in der Karburierungskammer 2 ist, werden die dünnen Plat­ tenteile 15 in der Kühlkammer 1 vollständig gekühlt, bevor die nächsten dünnen Plattenteile 15 vollständig in der Karburierungskammer 2 karburiert sind. Folglich wird die Kühlkammer 1 nicht im Einsatz sein, bis die nächsten dünnen Plat­ tenteile 15 vollständig karburiert sind.

Im Gegensatz dazu umfaßt die Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Karburie­ rungskammern 2 für eine einzelne Gaskühlungskammer 1. Wenn der Kühlpro­ zeß in der Gaskühlungskammer 1 abgeschlossen ist, bevor der Karburierungs­ prozeß in der Karburierungskammer 2, die auf der linken Seite der Figur gezeigt ist, abgeschlossen ist, können folglich die dünnen Plattenteile 15, die vollständig in der Karburierungskammer 2, die auf der rechten Seite der Figur gezeigt ist, karboriert sind, in der Gaskühlungskammer 1 gekühlt werden. Daher kann die Gaskühlungskammer 1 immer im Einsatz sein, um die Nettoarbeitsrate der Gas­ kühlungskammer 1 zu verbessern und folglich die Produktionseffizienz der ge­ samten Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung zu verbessern.

Da die Gaskühlungskammer 1 mit dem Reservoirtank 3 als Kühlungsförderein­ richtung für das Liefern eines Kühlungsgases in die Kühlkammer versehen ist, ermöglicht ein hoch unter Druck stehendes Inertgas in dem Reservoirtank 3, das in die Gaskühlungskammer 1 geliefert wird, den dünnen Plattenteilen 15 schnell in der Gaskühlungskammer 1 gekühlt zu werden. Gas ist langsamer in der Küh­ lungsrate der dünnen Plattenteile 15 als Flüssigkeit, wie Öl, und kann im Druck und vom Typ her eingestellt werden, um die Kühlungsrate der dünnen Platten­ teile 15 leicht zu steuern. Folglich können die dünnen Plattenteile 15 die Härte abhängig von der Funktion, Anwendung u. ä. erreichen, und die durch thermi­ sche Behandlung verursachte Verwerfung kann in den dünnen Plattenteilen 15 reduziert werden. Dies beseitigt die Notwendigkeit der Entfernung der Verwer­ fung, und folglich kann die Anzahl der Schritte für die Verarbeitung der dünnen Plattenteile 15 reduziert werden.

Ferner macht das Abschrecken der dünnen Plattenteile 15 mit Gas den Schritt des Abwaschens der Flüssigkeit (z. B. Öl) von den dünnen Plattenteilen 15 bei dem Abschrecken von ihnen mit Flüssigkeit entbehrlich. Es ist auch nicht not­ wendig, eine Gaskühlungskammer 1 für jede Karburierungskammer 2 vorzuse­ hen, d. h. nur eine Gaskühlungskammer 1 ist erforderlich. Folglich kann die Vorrichtung, verglichen mit derjenigen, bei der jede Karburierungskammer 2 mit einer jeweiligen Gaskühlungskammer 1 versehen ist, verkleinert werden.

Da die Karburierungskammern 2 in einem gleichen Abstand von der Gasküh­ lungskammer 1 vorgesehen sind, um die Gaskühlungskammer 1 zu umgeben, können die dünnen Plattenteile 15, die vollständig in einer Karburierungskam­ mer 2 karburiert sind, schnell in die Gaskühlungskammer 1 bewegt werden und folglich gekühlt werden, um zu gewährleisten, daß die dünnen Plattenteile 15 abgeschreckt werden.

Das Umrührgebläse 4, das Thermoelement 5 und der Motor 8 werden eingesetzt, um die Temperatur in der Gaskühlungskammer 1 zu optimieren, so daß dünne Plattenteile optimal abgeschreckt werden können.

Während das Umrührgebläse 4 beim Kühlen der dünnen Plattenteile 15 gedreht wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind die dünnen Plattenteile 15 in die vertikale Richtung aufgerichtet und gleichmäßig voneinander beabstandet, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Folglich wird das Kühlgas im wesentlichen in laminaren Strömungen zwischen den dünnen Plattenteilen 15 bereitgestellt, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Dies resultiert in einer weniger ungleichmäßigen Kühlung.

Folglich können die dünnen Plattenteile 15 gleichmäßig gekühlt werden, um eine Verwölbung in den dünnen Plattenteilen 15 zu reduzieren.

Die Umdrehungsrate und die Umdrehungszeit des Umrührgebläses 4 kann durch einen externen Wechselrichter und eine Zeitschaltung gesteuert werden, um die Kühlungsrate der dünnen Plattenteile 15 zu steuern. Folglich können die dün­ nen Plattenteile 15 relativ schnell gekühlt werden, bis die Temperatur der dünnen Plattenteile 15 unter eine Temperatur fällt, die etwas höher als der Marten­ sit-Umwandlungsstartpunkt (der im folgenden als Ms-Punkt bezeichnet wird) der dünnen Plattenteile 15 ist, und die dünnen Plattenteile 15 können relativ langsam gekühlt werden, wenn die Temperatur der dünnen Plattenteile 15 unter die Temperatur fällt, die etwas höher als der Ms-Punkt ist, um eine Verwerfung der dünnen Plattenteile 15 zu verhindern.

Ferner nehmen die dünnen Plattenteile 15, die in dem Korb 11 enthalten sind, Wärmeabstrahlung von dem Korb 11 auf, und die Temperatur der dünnen Plat­ tenteile 15 fällt folglich kaum ab, während der Korb 11 von der Karburierungs­ kammer 2 zu der Gaskühlungskammer 1 transportiert wird.

Es sollte bemerkt werden, daß das Kühlungsgas nicht auf Stickstoffgas begrenzt ist und jedes andere Inertgas, wie Helium, sein kann. Die Dimensionen der dün­ nen Plattenteile 15 können angemessen verändert werden, wie dies erforderlich ist. Die Temperatur in der Heizkammer 12, die Karburierungsbedingungen in der Karburierungskammer 2 u. ä. können angemessen abhängig von dem Pro­ dukt verändert werden.

Zweites Ausführungsbeispiel

Mit Bezug auf Fig. 9 werden Kammern 21-24, die einen kontinuierlichen Ofen bilden, zuerst durch eine Vakuumpumpe unter Vakuum gesetzt, und dann wird das Vakuum durch ein Inertgas ersetzt. Dann wird ein Gas für die Karburierung in die Karburierungskammer 23 eingeführt und dünne Plattenteile (d. h. Werk­ stücke), die auf einer Schale plaziert sind, werden über einen Eingang des konti­ nuierlichen Ofens eingefügt. Die dünnen Plattenteile passieren durch einen Vor­ raum 21 und werden dann in eine Heizkammer 22 bewegt und folglich auf eine gewünschte Temperatur erhitzt. Dann werden die dünnen Plattenteile in die Karburierungskammer 23 für die Karburierung bewegt. Wenn das Karburie­ rungsverfahren abgeschlossen ist, wird die Schale schnell in eine unter Druck stehende Kühlkammer 24 bewegt und gleichzeitig ein Inertgas, wie Stickstoffgas in die unter Druck stehende Kühlkammer 24 für die Druckerhöhung eingeführt. In der unter Druck stehenden Kühlkammer 24 bewegt das Umrührgebläse das Inertgas, während die dünnen Plattenteile für jede Schale gekühlt (abgeschreckt) werden.

Das Abschrecken eines dünnen Plattenteils, wie ein Lagerring eines Axiallagers, durch eine Druckatmosphäre und das Kühlen werden nun beschrieben.

Mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 ist ein dünnes Plattenteil 15, wie z. B. ein Lager­ ring eines Axiallagers, mit einer Öffnung für das Einfügen einer Achse darin ver­ sehen und ist folglich in der Form eines Rings gebildet.

Eine Vielzahl solcher dünner Plattenteile 15 wird durch eine Aufspannvorrich­ tung 16 mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen aufgehängt und werden folglich in Körbe 11 und in Schalen 13 gesetzt, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Wenn die dünnen Plattenteile 15 folglich vollständig karburiert sind, werden die Körbe 11 und Schalen 13 durch einen Rollenherd, Kurbeln o. ä. bewegt und in den abge­ dichteten Kühlbehälter 9 eingefügt, der in Fig. 2 gezeigt ist. Gleichzeitig wird das Ventil 6 geöffnet, um ein Inertgas in den Kühlbehälter 9 einzuführen, dessen Druck vorher eingestellt wird. Das Ventil 6 wird geschlossen, nachdem das Inert­ gas zu dem Kühlbehälter 9 abgeströmt ist. Danach wird das Umrührgebläse 4, das in dem Kühlbehälter 9 vorgesehen ist, gedreht, so daß die dünnen Plattentei­ le ihre Hauptoberflächen zu den Gasströmungen parallel zu den Hauptoberflä­ chen 15a der dünnen Plattenteile 15 ausgesetzt haben und folglich gekühlt wer­ den, wie in Fig. 8 gezeigt ist.

Da die dünnen Plattenteile 15 einem Kühlgas ausgesetzt sind, das parallel zu den Hauptoberflächen 15a der dünnen Plattenteile 15 strömt, wird keine Turbulenz verursacht, und die dünnen Plattenteile 15 können gut regulierten Strömungen des Kühlungsgases ausgesetzt werden. Wenn eine Turbulenz in der Gasströmung verursacht wird, werden die dünnen Plattenteile 15 ungleichmäßig gekühlt und folglich leicht gewölbt. Im Gegensatz dazu wird, wenn die dünnen Plattenteile 15 gut regulierten Gasströmungen ausgesetzt sind, wie in Fig. 8 gezeigt ist, ein un­ gleichmäßiges Kühlen kaum verursacht, so daß die dünnen Plattenteile 15 gleichmäßig gekühlt werden können und es unwahrscheinlicher ist, daß sie ge­ wölbt werden.

Die Umdrehungsrate und die Umdrehungszeit des Umrührgebläses 4 wird durch eine externe Wechseleinrichtung und eine Zeitschaltung gesteuert, um die Küh­ lungsrate der dünnen Plattenteile 15 zu steuern. Beispielsweise kann die Um­ drehungsrate und die Umdrehungszeit des Umrührgebläses 4 gesteuert werden, um z. B. die dünnen Plattenteile 15 relativ schnell zu kühlen, bis die Temperatur der dünnen Plattenteile 15 auf eine Temperatur abfällt, die etwas höher als der Ms-Punkt der dünnen Plattenteile 15 ist, und um die dünnen Plattenteile 15 re­ lativ langsam zu kühlen, wenn die Temperatur der dünnen Plattenteile 15 un­ terhalb die Temperatur abfällt, die etwas höher als der Ms-Punkt der dünnen Plattenteile 15 ist, um dünne Plattenteile 15 zu erhalten, die frei von Verwerfun­ gen sind.

Wenn die dünnen Plattenteile 15 folglich so auf die Umgebungstemperatur her­ untergekühlt werden, wird das Auslaßventil 7 geöffnet, um das Inertgas in dem Kühlbehälter 9 zu entladen, um den Abschreckungsprozeß abzuschließen.

Das bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete Inertgas ist nicht auf Stickstoffgas beschränkt, und es kann aus irgendeinem anderen Gas sein.

Ferner ist ein dünnes Plattenteil 15, das sofort nach seiner Karburierung abge­ schreckt wurde, nicht auf einen Lagerring eines Axiallagers beschränkt und kann ein dünnes Plattenteil mit einer Dicke von z. B. näherungsweise nicht mehr als 1 mm sein, so daß das Abschreckungsverfahren entsprechend der vorliegenden Er­ findung einsetzbar sein kann.

Entsprechend dem Abschreckungsverfahren für dünne Plattenteile entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Gas, wie ein Inertgas, eingesetzt, um die dünnen Plattenteile 15 einer Druckatmosphäre auszusetzen und sie zu kühlen. Dadurch wird die Kühlungsrate der dünnen Plattenteile langsamer als die beim Abschrecken durch Flüssigkeit. Ferner kann die Kühlungsrate der dün­ nen Plattenteile 15 leicht durch Einstellen des Drucks und des Typs des Gases gesteuert werden. Folglich können die dünnen Plattenteile 15 die Härte abhängig von der Funktion, Anwendung u. ä. erreichen, und eine thermische, durch Be­ handlung verursachte Verwerfung kann bei den dünnen Plattenteilen 15 redu­ ziert werden. Dies eliminiert den Schritt des Entfernens der Verwerfung und kann folglich die Anzahl der Schritte für das Bearbeiten der dünnen Plattenteile 15 reduzieren.

Das Abschrecken der dünnen Plattenteile mit Gas macht auch den Schritt des Abwaschens der Flüssigkeit (z. B. Öl) von den dünnen Plattenteilen 15 wie beim Abschrecken von ihnen mit Flüssigkeit entbehrlich, und kann folglich den Waschschritt reduzieren.

Bei einem Experiment eingesetztes Verfahren und Ergebnis davon

Die Erfinder prüften jeweilige Grade der durch thermische Behandlung verur­ sachten Verwerfung eines dünnen Plattenteils, das mit Gas abgeschreckt wurde und das mit Flüssigkeit abgeschreckt wurde, sofort nachdem sie in einem konti­ nuierlichen Ofen karburiert wurden. Das bei dem Experiment eingesetzte Ver­ fahren und die Ergebnisse des Experiments werden nun beschrieben werden.

Zuerst wird ein SCM415 (JIS = Japanese Industrial Standard)-Material von 0,78 mm in der Plattendicke präpariert und das Muster wird karburiert. Sofort da­ nach wird die Probe in einem Salzbad abgeschreckt, um ein Vergleichsbeispiel zu erhalten, und eine andere Probe wird in einem unter Druck stehenden Gas abge­ schreckt, um ein Beispiel der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Das Abschrec­ ken einer Probe mit unter Druck stehendem Gas entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet Stickstoff von 0,54 MPa (absoluter Druck) als Gasdruck. Dann werden Messungen von Verwölbungen (durch thermische Behandlung ver­ ursachte Verwerfungen) von den Proben (dünne Plattenteile) von einem Ver­ gleichsbeispiel und einem Beispiel der vorliegenden Erfindung erhalten.

Beim Messen der Verwölbung einer Probe wird die Probe zwischen zwei parallele ebene Platten plaziert und ein Abstand H zwischen den parallelen ebenen Plat­ ten bei einer Belastung von 2,9 kN, die zwischen den ebenen Platten aufgebracht wird, mit einem 1/100 Feinzeiger gemessen. Die Plattendicke der Probe wird von dem gemessenen Abstand H subtrahiert, um die Verwölbungsmessung für die Probe zu erhalten. Die Tabelle 1 zeigt die jeweiligen Verwölbungsmessungen ei­ ner Vielzahl von Proben.

Tabelle 1

Die auf der rechten Seite angezeigten Werte eines Verwölbungsniveaus stellen das zahlenmäßige Verhältnis zwischen dem Vergleichsbeispiel und dem Beispiel der vorliegenden Erfindung bei dem Verwölbungsniveau dar.

Es wurde durch das obige Resultat herausgefunden, daß mehr durch thermische Behandlung verursachte Verwerfung bei dünnen Plattenteilen durch die vorliegende Erfindung signifikant reduziert werden kann als bei dem Vergleichsbei­ spiel.

Es wurde auch herausgefunden, daß der Druck, der Typ u. dgl. des Gases, das beim Abschrecken eingesetzt wird, verändert werden kann, um die Härte und die durch Hitzebehandlung verursachte Verwerfung der dünnen Plattenteile leichter zu steuern als beim Abschrecken von ihnen mit Flüssigkeit.

Die Erfinder haben auch das Verhältnis zwischen der durch thermische Behand­ lung verursachten Verwerfung und dem Druck in dem Kühlbehälter beim Ab­ schrecken durch Gas sofort nach dem Karburierungsverfahren geprüft. Das bei dem Experiment eingesetzte Verfahren und die Ergebnisse davon werden nun beschrieben.

Ein SCM415 (JIS)-Material mit 0,78 mm in der Plattendicke wird präpariert und die Probe wird durch Stickstoffgas abgeschreckt, das als ein Kühlgas eingesetzt wird. Der Druck des Stickstoffgases wird für jede Probe für das Messen der Wöl­ bung jeder Probe variiert. Die Wölbung jeder Probe wird wie bei der vorgenann­ ten Verwölbungsmessung gemessen, die parallele ebene Platten verwendet. Die Fig. 10 zeigt die Meßresultate.

Mit Bezug auf Fig. 10 wurde durch das Resultat des obigen Experiments heraus­ gefunden, daß ein höherer Druck des Stickstoffgases in einer größeren Verwöl­ bung resultiert. Es wurde auch herausgefunden, daß, während die Verwölbung für einen Stickstoffgasdruck von weniger als 0,20 MPa reduziert wird, ein ausrei­ chend effektives Abschrecken nicht erreicht werden kann. Es wurde auch her­ ausgefunden, daß ein Stickstoffgasdruck, der 0,49 MPa übersteigt, in einer übermäßigen Verwölbung resultiert und folglich die Lagereigenschaften herab­ setzt.

Von den obigen Resultaten wurde herausgefunden, daß ein Gasdruck von 0,20 bis 0,49 MPa in dem Kühlbehälter beim Einsetzen eines Gases zum Abschrecken eines Teils von z. B. einem Nadellager sofort nach dem Karburierungsprozeß vorzuziehen ist.

Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und illustriert wurde, ist es klar verständlich, daß dieselbe nur zur Illustrierung und beispielhaft ist und nicht als Einschränkung heranzuziehen ist, da der Bereich der vorliegenden Erfindung nur durch die nachfolgenden Ansprüche begrenzt wird.

Claims (9)

1. Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung für das Karburieren und Abschrecken eines dünnen Plattenteils, umfassend:
eine Vielzahl von Karburierungskammern (2) für das Karburieren eines dünnen Plattenteils (15);
eine Kühlkammer (1) für das Kühlen des dünnen Plattenteils (15), das in der Karburierungskammer (2) karburiert wurde; und
eine Kühlungsfördereinrichtung (3), die mit der Kühlkammer (1) verbun­ den ist, um ein Kühlgas in die Kühlkammer (1) zu liefern,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Vielzahl von Karburierungskammern (2) in näherungsweise gleichem Abstand von der Kühlkammer (1) positioniert sind, um die Kühlkammer (1) zu umgeben, und die Kühlkammer (1) eine Kühlrateneinstelleinrichtung (4, 5, 8) für das Einstellen einer Kühlrate des dünnen Plattenteils (15) umfaßt, das mit dem Kühlgas gekühlt wird.

2. Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas ein Inertgas ist.

3. Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dünne Plattenteil (15) ein Lagerring eines Axi­ alnadellagers ist.

4. Karburierungs- und Abschreckungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Heizkammer (12) für das Erhitzen des dünnen Plattenteils (15), bevor das dünne Plattenteil (15) karburiert wird, umfaßt.

5. Verfahren für das Abschrecken eines dünnen Plattenteils, bei dem ein dün­ nes Plattenteil (15) in einem kontinuierlichen Ofen zumindest zwischen ei­ ner Karburierungskammer (2) und einer Kühlkammer (1) sukzessiv trans­ portierbar ist, wobei das dünne Plattenteil (15) in der Karburierungskam­ mer (2) karburiert wird und dann schnell in die Kühlkammer (1) transpor­ tiert wird und abgeschreckt wird, wobei das dünne Plattenteil (15) durch Kühlen mit Gas abgeschreckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Gases in der Kühlkammer (1) eingestellt wird, um das dünne Plattenteil (15) unter Druck zu kühlen.

6. Verfahren zum Abschrecken eines dünnen Plattenteils nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abschrecken des dünnen Platten­ teils (15) das Gas in der Kühlkammer (1) bewegt wird, um die Bewegungs­ rate und die Bewegungszeit einzustellen.

7. Verfahren zum Abschrecken eines dünnen Plattenteils nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dünne Plattenteil (15) seine Haupt­ oberfläche (15a) dem Gas in einem gut regulierten Strom ausgesetzt hat, der im wesentlichen parallel zu der Hauptoberfläche (15a) des dünnen Plat­ tenteils (15) verläuft.

8. Verfahren zum Abschrecken eines dünnen Plattenteils nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dünne Plattenteil (15) die Form eines Ringes hat.

9. Verfahren zum Abschrecken eines dünnen Plattenteils nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dünne Plattenteil (15) ein Lagerring eines Axiallagers ist.