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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Werkstückträger,
zusammengesetzt aus ineinander eingreifenden Elementen in Form von
CFC-Plattenstreifen, aufweisend einen Rahmen, einen Rost, wobei
der Rost durch im Rahmen einander kreuzend angeordnete Elemente
ausgebildet ist, sowie mindestens eine Werkstückauflage
welche gegenüber dem Werkstück inert ist und einen
vom Rost nach oben hin beabstandeten Werkstückauflagebereich ausbildet.
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Werkstückträger
werden beispielsweise zur Heißbehandlung, Warmauslagerung
oder auch zum Nachsintern unter Vakuum, Schutzgas oder Reaktivgas
von Werkstücken verwendet. Vorliegend ist die Erfindung
im Bereich jener Werkstückträger angesiedelt,
die aus ineinander eingreifenden Elementen in Form von CFC-Plattenstreifen
bestehen.
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CFC
steht für Carbon Fiber Reinforced Carbon und beschreibt
einen Werkstoff, bei dem Kohlefasern in einer Matrix aus Kohlenstoff
und/oder Graphit eingebettet sind. CFC-Plattenstreifen werden beispielsweise
hergestellt durch Anordnen eines Kohle-Faserverbundes oder -gewebes
parallel zur späteren Plattenfläche, Tränken
der Fasern mit einer Kohlenstoff-Vorläuferverbindung wie
Harz, Pech oder Teer und nachfolgendem, thermischem Umwandeln der
Vorläuferverbindung zu Kohlenstoff und/oder Graphit. Solche
CFC-Platten mit durchgängig parallel zur Plattenfläche
angeordneten Karbonfasern und/oder -geweben sind bis 2000 Grad Celsius
selbst unter Kraftbeaufschlagung stabil, extrem leicht und formbeständig.
Daher sind sie mechanisch gesehen besonders gut für die
Konstruktion von Werkstückträgern geeignet, da
hier die Werkstücke keinerlei Deformation durch die Wärmeausdehnung eines
CFC-Werkstückträgers erfahren können.
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Der
Rahmen der üblichen, vorgenannten Werkstückträger
besteht aus CFC-Plattenstreifen mit wechselseitigen Ausklinkungen,
welche passgenau ineinander eingreifend eingesteckt einen durchgehenden,
allseitig eine Kraftaufnahme und -durchleitung bereitstellende Rahmenkonstruktion
ausbilden.
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Ein
ebener Rost wird innerhalb des Rahmens über weitere Elemente
in Form von CFC-Plattenstreifen bereitgestellt, wobei diese passend
ausgeklinkt im Rahmen gleichfalls eingesteckt befestigt sind. Eine
Kraftbeaufschlagung durch das Eigengewicht des Werkstücks
wird so über den Rahmen verteilt; gleichzeitig wird die
Kraft auch innerhalb des Rostes über wechselseitige Auflageflächen
der einander kreuzend angeordneten Elemente ausgeleitet. Im Ergebnis
führt dies zu einer flächigen, gleichmäßigen
Kraftverteilung über die gesamte Konstruktion.
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Problematisch
ist bei Werkstückträgern der vorbeschriebenen
Art, dass gerade bei hohen Temperaturen von 1100 Grad Celsius und
mehr metallische Werkstücke im Bereich ihrer Auflage- und
Kontaktflächen mit dem Kohlenstoff der CFC-Platten reagieren.
Der Temperaturbereich von 1100 Grad Celsius bis 2000 Grad Celsius
wird nachfolgend als Hochtemperatur sowie Hochtemperaturbereich
bezeichnet. Bei den Reaktionen bilden sich lokal Carbide aus; schlimmstenfalls
diffundiert Kohlenstoff in die Werkstücke bei hoher Temperatur
ein und die mechanischen Eigenschaften werden drastisch verschlechtert.
Dadurch wird das Werkstück in seiner Qualität
erheblich beeinträchtigt bis hin zu komplett unbrauchbar.
Besonders im Bereich hoch belastbarer Legierungen, wie sie im Turbinen-
und Motorenbau verwendet werden, wird damit ein extrem wertvolles
Werkstück unter hohem Energieaufwand letzten Endes zerstört.
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Werkstückauflagen
in Form von Abstandshaltern aus inerter Keramik, welche als Unterlegscheiben,
höhenverstellbare Füßchen oder komplette,
mehrteilige Gestelle zwischen Werkstückträger und
Werkstück angeordnet werden, tragen dieser Problematik
Rechnung. Keramik bezeichnet hierbei hochtemperaturstabile Verbindungen,
basierend auf mindestens einer Verbindung der Gruppe bestehend aus
Oxiden, Carbiden, Nitriden und/oder Boriden mindestens eines Metalls,
wobei sich 'inert' auf die chemische Verträglichkeit mit
dem jeweiligen Werkstückmaterial – insbesondere
unter Hochtemperatur – bezieht.
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Nachteilig
sind jedoch die bekannten Werkstückauflagen für
jedes Werkstück immer wieder neu und exakt zu positionieren,
was gerade bei feinteiligen Werkstücken wie beispielsweise
Turbinen nicht maschinell zu leisten ist. Komplexe Werkstückauflagen
mit vollständig in Negativform ausmodellierter Auflagefläche
erhöhen das Gewicht drastisch und bergen bei Fehlpassung
gleichfalls die Gefahr der Deformation. Mithin bedingen solche Werkstückträger
kostenintensiven Personalaufwand, verlangsamen die Produktion und
können zudem bei Erschütterungen des geträgerten
Werkstücks ein Abrutschen auf den unterseitigen CFC-Rost
nicht sicher verhindern.
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Die
WO 2004/111562 schlägt
zur Vermeidung von Kontaktreaktionen vor, in einem temperaturbeständigen
Rahmen Stränge aus keramischen Fasern zu verspannen, welche
innerhalb des Rahmens ein Gitter in gewebter Struktur mit Kett-
und Schussfäden ausbilden. Problematisch ist bei solch einem
Gitter, dass die keramischen Fasern im Hochtemperaturbereich nennenswert
nachsintern und dadurch verspröden; besonders in Kombination
mit der Webstruktur kommt es nachfolgend an den Auflagepunkten des
Werkstücks auf den versprödeten Fasern bereits
bei leichter Erschütterung zum Bruch der Fasern.
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Angesichts
des bekannten Standes der Technik stellt sich vorliegend die Aufgabe,
einen gattungsgemäßen Werkstückträger
dahingehend zu verbessern, dass er die vorbeschriebenen Nachteile überwindet
und eine Werkstückbehandlung ohne Reaktion des Werkstücks
mit dem Kohlenstoff des Werkstückträgers sicherstellt.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der
unabhängigen Ansprüche.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den weiteren
Ausführungsformen, Ausführungsbeispielen sowie
den abhängigen Ansprüchen. Die Erfindung ist nicht
auf die veranschaulichenden Merkmalskombinationen der abhängigen
Ansprüche, Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele
beschränkt zu sehen. Im Rahmen der unabhängigen
Ansprüche können einzelne Merkmale für
sich oder in abweichender Kombination mit weiteren Merkmalen in
erfindungsgemäße Ausführungsformen mit
einfließen.
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Erfindungsgemäß ist
der Werkstückträger als Hochtemperaturhybridrost
ausgebildet. Ein solcher Rost besteht aus den vorbeschriebenen CFC-Plattenstreifen,
wobei in den Rost eine Werkstückauflage aus einer Hochtemperaturkeramik
fest eingebaut ist. Die Werkstückauflage wird dadurch zum
Teil des Rosts, ohne jedoch mit dem Rahmen verspannt zu sein. Stattdessen
ist die Werkstückauflage einstückig – d.
h. als vollständig gesinterter Körper – ausgebildet
und ragt über die Ebene des Rosts nach oben hinaus. Der überstehende
Teil bildet den Werkstückauflagebereich, während
der Teil innerhalb des Rostes durch die CFC-Platten gehaltert ist.
Konstruktiv erfolgt die Halterung dadurch, dass eine Mehrzahl der
den Rost ausbildenden CFC-Platten jeweils eine Werkstückauflage
formschlüssig übergreifen. Übergreifen
bezeichnet hierbei eine zumindest teilweise auf dem unteren Bereich
der Werkstückauflage formschlüssig aufliegende
Anordnung oberseitig halternder CFC-Platten bei unterseitig zur
Werkstückauflage durchgängiger Roststruktur, wodurch die
Werkstückauflage allenfalls geringfügig in ihrer Halterung
verschiebbar zu einem integralen Bestandteil des Rosts wird. Die
keramische, einstückige, ortsfest im Rahmen fixierte Werkstückauflage bietet
einen mechanisch belastbaren Werkstückauflagebereich, welcher
nicht mehr wegrutschen kann, keine Versprödung mehr zeigt
und auch bei maschineller Handhabung unter Drehen, Wenden und Erschüttern
des Werkstückträgers zuverlässig die
bisher bekannten Nachteile konstruktiv verhindert.
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Vorteilhaft
weist eine Werkstückauflage eine in der Ebene des Rostes
längserstreckte Raumform auf und ist quer zu einer Gruppe
von gleichsinnig ausgerichteten, übergreifenden Elementen
angeordnet. Durch die längserstreckte Raumform wird die Werkstückauflage
von der gesamten Gruppe von Elementen verbessert gehaltert; bevorzugt
ist die Werkstückauflage dabei zwischen den beiden außenständigen
Elementen der Gruppe längs ihrer Erstreckung eingefasst
mit Spiel gehaltert. Dies bietet den besonderen Vorteil einer schwimmenden
Halterung, welche bei plötzlichem Impuls längs
zur Erstreckungsrichtung den Impuls nicht direkt an das geträgerte
Werkstück überträgt, sondern im Ausmaß des Spiels
der Werkstückauflage abmildert. Besonders bei Durchlauföfen
mit Zonen verschiedener Behandlungsdauer, welche Werkstückhalterungen über Transportsysteme
stets in einer räumlichen Ausrichtung zur Transportrichtung
intermittierend weitertransportieren kommt dieser Vorteil zum Tragen.
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Vorteilhaft
weist eine Werkstückauflage einen trapezoiden Querschnitt
auf, wobei die Trapezbasis parallel zur Rostebene auf der Mehrzahl
von Elementen schlüssig aufliegend angeordnet ist. Durch
die schlüssig aufliegende Basis wird eine vom Werkstück
aufgebrachte Gewichtskraft bereits in der Werkstückauflage
auf einen größeren Bereich übertragen
und eine gleichmäßigere Kraftdurchleitung in die
unterseitig angrenzenden Elemente sichergestellt; zusätzlich
ermöglicht der trapezoide Querschnitt entlang seiner Seiten
eine flächige, stabilere Halterung durch die seitlich übergreifenden
Elemente des Rosts.
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Vorteilhaft
ist mindestens eine Werkstückauflage im Querschnitt eine
parallele Fläche oberhalb der Rostebene ausbildend angeordnet
und bildet planparallel zur Rostebene eine Auflagefläche aus;
planparallele, glatte Auflageflächen vermeiden die Gefahr
des Verkratzens oder oberflächlichen Beschädigens
des Werkstücks im Falle des lateralen Erschütterns.
Bevorzugt bei Werkstücken mit glatter Auflagefläche
wie beispielsweise einer Standfläche werden über
mehrere, planparallele Flächen Werkstückträger
bereitgestellt, bei denen ein Abrutschen auf den Rost geometrisch
unmöglich wird; besonders bevorzugt wird letztere Ausführungsform
mit im Randbereich als Abstandshaltern ausgebildeten Werkstückauflagen
kombiniert, wodurch sogar Punktkontakte zu einem überstehenden
Rahmen unmöglich werden.
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Vorteilhaft
weist der Werkstückträger einen rechteckigen Rahmen
mit zentrosymmetrisch darin angeordneten Werkstückauflagen
auf. Ein rechteckiger Rahmen mit langer und breiter Seite gewährleistet
zwei auch maschinell einfach zu unterscheidende Orientierungen.
Durch zentrosymmetrisch angeordnete Werkstückauflagen ist
bei quer oder längs ausgerichteter Rahmenkonstruktion unabhängig
von der zur Ausrichtung ausgeführten Drehoperation die
gleiche, räumliche Position der Werkstückauflagen
gegeben. Besonders vorteilhaft wird so bei maschineller Verarbeitung
eine Fehlorientierung des Werkstückträgers relativ
zum automatisch eingesetzten Werkstück nach Quer- oder
Längsausrichtung unmöglich.
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Vorteilhaft
ist mindestens eine Werkstückauflage aus einer bearbeiteten,
nachgesinterten Grünlingskeramik mit profilierten Werkstückauflagebereichen
ausgebildet. Grünlingskeramiken, welche aus einer feinstteiligen
Keramikbasis und einem durch hohe Sintertemperatur entfernbaren
Binder bestehen, sind maschinell – beispielsweise durch
Fräsen und Bohren – bearbeitbar. Durch nachfolgendes Sintern
wird der Binder entfernt und mit präzise vorhersagbarem
Schrumpf das dann aus der Keramik bestehende, komplex ausgestaltete
Keramikteil erhalten. Im hier betroffenen Werkstückträger
kann so vorteilhaft eine komplex ausgestaltete Werkstückauflage
verbaut werden. Ein besonderer Vorteil wird dabei über
profilierte Werkstückauflagebereiche erzielt. 'Profiliert'
bezeichnet dabei eine Ausgestaltung, welche über mindestens
zwei gegenläufige, schiefe Gleitflächen selbstausrichtend
ein Werkstück aufnehmend ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft
sind mehrere solcher selbstausrichtend ausgebildeten Aufnahmen gleichzeitig
ausgebildet. Dadurch wird der Halt des Werkstücks auf den
Werkstückauflagen verbessert und besonders vorteilhaft
die Raumform im Bereich mehrere solcher Auflagen zusätzlich
gegen ein thermisches Verziehen geschützt.
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Vorteilhaft
ist mindestens eine Werkstückauflage aus Aluminiumoxid
ausgebildet. Aluminiumoxid bietet bis 1900 Grad Celsius eine extrem
beständige und inerte Auflagefläche, welche vielseitig
mit verschiedenen Werkstoffsorten kontaktiert werden kann, ohne
dass eine Reaktion zu befürchten ist. Bevorzugt ist die
Werkstückauflage aus 99,9% reinem, gesintertem, polykristallinem
Sinterkorund ausgebildet, welches die beste Kombination aus wirtschaftlichem
Preis und chemischer Stabilität gewährleistet.
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Vorteilhaft
ist mindestens eine Werkstückauflage aus Mullit ausgebildet.
Mullit bietet bis 1800 Grad Celsius eine sehr hohe Temperaturwechselbeständigkeit,
wodurch Temper- und Sinterprozesse ermöglicht werden, die
extreme Temperaturwechsel erfordern. Mullit ermöglicht
solche Behandlungen, ohne dass ein Riss oder Sprung in der Werkstückauflage
zu befürchten wäre. Besonders bevorzugt wird die
Werkstückauflage als poröses, gasdurchlässiges Mullit
ausgebildet; die Temperaturwechselbeständigkeit ist hier
maximal, wobei die gasdurchlässige Auflage vorteilhaft
bei Behandlung in reaktiver Gasatmosphäre auch entlang
der Auflageflächen die Reaktion mit dem Gas sicherstellt.
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Vorteilhaft
ist mindestens eine Werkstückauflage aus teilstabilisiertem
Zirkondioxid ausgebildet. Teilstabilisiertes Zirkondioxid ist über
den gesamten Hochtemperaturbereich extrem belastbar, mechanisch
stabil und chemisch inert; durch interne Umwandlung seiner Kristallstrukturen
im Hochtemperaturbereich vermag es höchste, mechanische
Belastungen bruchfrei zu kompensieren.
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Vorteilhaft
weist mindestens eine Werkstückauflage eine parallel zum
Werkstückauflagebereich durchgehende, mittige Bohrung auf,
in welcher ein zusätzliches Element des Werkstückträgers
halternd angeordnet ist. Besonders bei maschineller Handhabung des
Werkstückträgers ist bei impulsartiger, punktueller
Schlageinwirkung auf die keramische Werkstückauflage eine
vertikale Bruchbildung möglich. Das zusätzliche,
halternde Element verhindert ein Herausfallen der beiden Bruchstücke,
wodurch die Auflage zumindest bis zum Ende einer Werkstückbehandlung
stabilisiert bleibt. So wird ein plötzliches Nachgeben
einer der Auflageflächen während der Behandlung
verhindert, die Ausschussquote wird gesenkt und die notwendige Anzahl
an Kontrollschritten minimiert.
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Vorteilhaft
weisen mit vertikaler Kante übergreifende Elemente jeweils
beidseitig einschließend mindestens eine oberseitige Ausklinkung
mit jeweils form- und kraftschlüssig eingreifendem, quer
ausgerichtetem Element mit unterseitiger Ausklinkung auf. Der Kraftfluß wird
so konstruktiv wie folgt ausgeleitet: Eine Kraftbeaufschlagung durch
das Werkstück wird über die Werkstückauflagen
auf die unterseitig geschlossene Roststruktur übertragen.
Dabei wird das vertikal ausgerichtete, übergreifende Element
konvex aus der Rostebene hinaus nach unten deformiert. Die einschließenden,
oberseitigen Ausklinkungen erfahren eine Kompression. Durch die
form- und kraftschlüssig in diesen Ausklinkungen eingesetzten, quer
ausgerichteten Elemente wird über die Kompression der Ausklinkungen
die Haltekraft der Steckverbindung erhöht und die einwirkende
Kraft von der halternden Längsstrebe direkt auf die eingreifende Querstrebe
mit ausgeleitet. Die auf die Werkstückauflage einwirkende
Gewichtskraft wird somit in Querstreben mit ausgeleitet, gleichmäßiger
verteilt und kann auch bei Erschütterung und Vibration
verbessert kompensiert werden. Mit dieser Konstruktion werden sowohl
sehr viel stabilere als auch sehr viel leichtere Werkstückträger
bereitgestellt, welche eine stabile Werkstückausrichtung
auf den Auflageflächen sicherstellen.
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Besonders
bevorzugt wird jeweils jede Werkstückauflage für
sich mit direkt angrenzenden, oberseitigen Ausklinkungen in den übergreifenden
Elementen mit jeweils form- und kraftschlüssig eingreifendem,
quer ausgerichtetem Element mit unterseitiger Ausklinkung angeordnet;
mit zwei direkt angrenzenden Ausklinkungen wird einwirkende Kraft
auf kürzestem Weg in die Roststruktur übergeleitet,
wodurch vorteilhaft eine extreme Verwindungsfestigkeit erzielt wird,
was eine äußerst formfeste Auflagefläche
bereitstellt.
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Vorteilhaft
ist mindestens eine der Werkstückauflagen als Mischkeramik
ausgebildet, wobei der Werkstückauflagebereich durchgängig
aus nur einer Verbindung besteht. Ein als Mischkeramik ausgebildeter
Werkstückträger bietet eine verbesserte Rissfestigkeit
während durch die Ausbildung der Auflagegläche
aus nur einer keramischen Verbindung die Kontakttemperatur des Werkstücks
entlang der Auflagefläche konstant gehalten wird. In Kombination wird
so eine thermische Einheitlichkeit der Auflageflächen erzielt
und gleichzeitig eine ungleichmäßige Belastung
entlang der Auflageflächen durch Fehlpassungen kompensierbar.
Besonders bei der Behandlung von asymmetrischen, ungleichgewichtig
geträgerten Werkstücken in reaktiver Gasatmosphäre
verhindert die gleichmäßige Kontakttemperatur
Inhomogenitäten entlang der Auflageflächen bei
verbessert stabilisierten Werkstückauflagen.
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Vorteilhaft
weist mindestens ein Element, bevorzugt ein Element der Rahmenkonstruktion,
unterseitig zum Rost eine im Wesentlichen parallel erstreckte Eingriffausklinkung
auf. Solch eine Eingriffausklinkung ist unterhalb der Rostebene
angeordnet, erlaubt von einer Seite her einen formschlüssigen
Eingriff und ermöglicht die Fixierung des Werkstückträgers
auf einer Unterlage. Dergestalt werden Werkstückträger
während des Transports auf Förderstraßen,
welche steile Steigungen beinhalten, durch unterseitig eingreifende
Förderhaken gegen Abrutschen absicherbar. Auch eine maschinelle
Handhabung des Werkstückträgers wird so konstruktiv
vereinfacht, wobei eine oberseitige Beschädigung vorteilhaft
nicht mehr vorkommen kann. Weiterhin ermöglicht die unterseitige
Ausklinkung auch die vertikale Halterung des Werkstückträgers
in Gestellen, Vertikalrosten oder Regalen. Besonders vorteilhaft sind
mehrere, gleichsinnig ausgerichtete Eingriffausklinkungen ausgebildet,
welche den Werkstückträger zusätzlich
auch gegen seitliches Verrutschen zu sichern vermögen;
besonders bevorzugt werden über solche Ausklinkungen die
Rahmenkonstruktionen miteinander kombinierbar ausgebildet, wodurch
vielseitig anpassbar steckverbindbare Rahmenkonstruktionen bereitgestellt
werden.
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Vorteilhaft
sind in den Rost vertikal ausgerichtete Elemente integriert, wobei
die Elemente mindestens einen Vertikalrahmen ausbilden. Ein solcher Vertikalrahmen überbrückt
den Rost des horizontalen Werkstückträgers, schützt
konstruktiv das geträgerte Werkstück und bietet
gleichzeitig die Möglichkeit einer umfassend formschlüssigen
Halterung des Werkstückträgers in einem Gestell.
Mithin macht ein solcher Werkstückträger eine
modulare, maschinelle Handhabung von Werkstücken in ganzen
Gruppen zugänglich, wobei die Werkstücke zusätzlich
in ihrer Raumform nach außen hin über Vertikalrahmen
sicher abgegrenzt sind.
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Bevorzugt
weist mindestens ein Vertikalrahmen einen darin angeordneten Vertikalrost
auf; der Vertikalrost ist wie der Rost durch einander kreuzend angeordnete
Elemente ausgebildet und teilt den Werkstückträger
so in mindestens zwei Raumbereiche. Über solche Aufteilungen
wird vorteilhaft eine Mehrzahl kleinteiliger Werkstücke
gleichzeitig in einem Werkstückträger und trotzdem
räumlich gegeneinander abgegrenzt geträgert und
behandelt. Besonders bevorzugt ist mindestens ein Vertikalrost zusätzlich
mit integral im Vertikalrost befestigten, einstückigen
Hochtemperaturkeramik-Anlage-Elementen ausgebildet. Dadurch wird – gleichsinnig
zu den vorbeschriebenen, vorteilhaften Werkstückauflagen – ein
allseits mit inerten, keramischen Anschlägen versehener
Werkstückträger ermöglicht, welcher ein eingelegtes
Werkstück auch bei Verrutschen entlang von flächigen
Werkstückauflagen sicher gegen Kontaktreaktionen mit jeglichen
CFC-Platten-Elementen schützt.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung – über Prinzipskizzen
veranschaulicht – an Hand von Ausführungsbeispielen
im Detail beschrieben. Hierbei werden Einrichtungen zusätzlich über
Bezugszeichen identifiziert und näher in ihrer Funktion
erläutert.
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Es
veranschaulichen
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1 einen
vorteilhaften Hochtemperaturhybridrost (10) mit rahmennahen,
längserstreckten Werkstückauflagen (40)
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2 eine
vergrößerte Teilansicht eines Hochtemperaturhybridrosts
gemäß 1
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3 eine
Teilansicht mit vertikal ausgerichtetem Element (70) mit
trapezoidem Fuß (71) in Eckeneinbaulage
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4 eine
Teilansicht mit vertikal ausgerichtetem Element (70) mit
trapezoidem Fuß (71) in Seiteneinbaulage
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen:
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In
einer vorteilhaften, in 1 veranschaulichten Ausführungsform
ist ein Hochtemperaturhybridrost (10) aus rechtwinkelig
vertikal ineinander eingreifenden Elementen ausgebildet. Durch die
durchgängig vertikale Ausrichtung aller Elemente wird ein Rost
mit hoher Tragfähigkeit und minimaler Flächendeckung
bereitgestellt, der besonders für mehrstöckige
Anordnungen geeignet ist, in denen mehrere Werkstücklagen
gleichmäßig von heißen und vorteilhaft
reaktiven Gasen durchströmt werden.
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Die
längsertreckten Werkstückauflagen (40) sind
gerade, längserstreckte Körper und quer zur Länge
eines rechteckigen Rahmens (20) angeordnet. Die entlang
ihrer Achse verschiebbaren Werkstückauflagen werden von
den quer kreuzenden Elementen mit Spiel übergriffen und
sind dadurch nach oben hin gehaltert. Weiterhin sind die Werkstückauflagen
an ihren Enden durch ein mittig von oben eingreifendes Rost-Element
und außenseitig gleichfalls von oben eingreifende Rahmen-Elemente – allesamt in
Kammform ausgebildet – gefasst. Der quer angeordnete Übergriff
in Kombination mit der seitlichen Fassung über Rahmen-
und mittiges Rost-Element ergibt die Fassung einer jeden Werkstückauflage. Vorteilhaft
kann im Schadensfall eine Werkstückauflage bereits nach
Entnahme von nur einem der seitlichen Rahmen-Elemente ausgetauscht
werden. Diese vorteilhafte Anordnung wird im Folgenden auch als
'rahmennah' bezeichnet und kennzeichnet Werkstückauflagen,
die nach Entnahme nur eines Elements unter Auflösung des
Rahmens schnell und einfach ausgetauscht werden können.
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Ein
planparalleler Werkstückauflagebereich (50) wird
durch gleich zur Rostoberfläche beabstandete Auflageflächen
der Werkstückauflagen sichergestellt. In Kombination mit
der vorbeschriebenen Fassung wird durch gleichmäßige
Anordnung über die Rostfläche hinweg eine vorteilhafte,
engmaschige Abdeckung mit Auflageflächen bereitgestellt;
die veranschaulichte Abdeckung gewährleistet bereits bei
Werkstück-Standflächen ab 20% der verfügbaren Rostfläche
eine stabile Auflage auf mehreren Auflageflächen. Eine
maschinelle, grobe Positionierung eines Werkstücks innerhalb
der Rostfläche führt bereits ab diesem Flächenverhältnis
stets zu dem angestrebten, sicheren Stand, ohne dass Auflagepunkte auf
dem CFC-Rost auftreten können.
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Die
längserstreckten Werkstückauflagen (40)
sind einstückig aus gesintertem Aluminiumoxid ausgebildet;
diese Keramik ist bei besonders gutem Preis/Leistungsverhältnis
chemisch gegenüber den meisten Behandlungsbedingungen und
Werkstoffen inert und ist als gesinterter Körper während
der Hochtemperaturbehandlung bis 1900°C sehr formstabil.
In Kombination mit dem planparallelen Werkstückauflagebereich
(50) ist vorteilhaft ein Verkippen oder Verdrehen eines
einmal flächig abgestellten Werkstücks nicht mehr
möglich.
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Die
längserstreckten Werkstückauflagen (40)
weisen einen trapezoiden Querschnitt (41) mit vorteilhaft
parallel zur Auflagefläche ausgerichteter Basis und symmetrischen
Seiten auf. Durch die symmetrischen Seiten wird ein falsches und
verkantendes Einsetzen von Werkstückauflagen verhindert;
zudem bietet die symmetrische Auflage der übergreifenden
Elemente eine gleichmäßigere, stabilere Fassung.
Weiterhin wird durch die parallele Ausbildung von Basis und überstehend
angeordneter Auflagefläche die bereits vorbeschriebene,
gleichmäßige Ausleitung von werkstückseitig
einwirkender Gewichtskraft erzielt.
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Mittig
zum Querschnitt weisen die längserstreckten Werkstückauflagen
(40) eine durchgehende Längsbohrung (42)
auf; die mittige Bohrung bewirkt eine homogenere und gleichmäßigere
Erwärmung – insbesondere bei hohen Aufheiz- und
Abkühlgeschwindigkeiten.
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Ein
in der Längsbohrung (42) angeordnetes, halterndes
Element (nicht in 1 veranschaulicht) verstärkt über
die bessere Wärmeleitfähigkeit der CFC- Platten
diesen Effekt und bietet zugleich einen Schutz gegen Ausfallen einer
längsertreckten Werkstücksauflage (40)
im Falle eines Bruches oder Risses. Durch zentrosymmetrische Anordnung
der rahmennahen, längserstreckten Werkstückauflagen
(40) ist die Position der Werkstückauflagebereiche
nach grober Längs- oder Querausrichtung des Rahmens immer
die gleiche; eine fehlerhafte Orientierung mit fehlenden Auflageflächen
wird so – insbesondere in Verbindung mit dem vorbeschriebenen,
halternden Element – sicher vermieden.
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Die
längserstreckten Werkstückauflagen (40)
liegen in der veranschaulichten Form mit der Basis des trapezoiden
Querschnitts auf jedem quer übergreifenden Element unterhalb
des Übergriffs voll auf. So wird eine oberseitig einwirkende
Kraft vollflächig und gleichmäßig auf
die unterseitig durchgehenden Stege der übergreifenden
Elemente übertragen. Die quer zum trapezoiden Querschnitt übergreifenden
Bereiche sind mit mehreren Prozent Abstand relativ zur Gesamtdicke
der Werkstückauflagen ausgeführt, wodurch auch
bei extrem verschiedenen, thermischen Ausdehnungskoeffizienten ein
Verkanten oder Verklemmen einer sich ausdehnenden Werkstückauflage
bei hoher Temperatur sicher vermieden wird.
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Seitlich
sind die Werkstückauflagen mit einem Abstand von jeweils
5 bis 10 Prozent bezogen auf ihre Gesamtlänge von jeweils
einem Element gefasst. Bei durgängig parallel ausgerichteten,
längserstreckten Werkstückauflagen (40)
erlaubt dieses Spiel in Längsrichtung eine anteilige Kompensation von
richtungsgleich beim Transport einwirkenden Impulsbelastungen und
stellt gleichzeitig eine sichere, allseits umschließende
Fassung bereit.
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Die
mit vertikaler Kante quer übergreifenden Elemente (60)
weisen beidseitig einschließend zu einer längserstreckten
Werkstückauflage (40) mindestens zwei oberseitige
Ausklinkungen (61) auf. In diese greifen jeweils form-
und kraftschlüssig quer ausgerichtete Elemente (62)
mit unterseitiger Ausklinkung ein. Über diese oberseitigen
Ausklinkungen wird die Gewichtskraft eines aufliegenden Werkstücks
in der gesamten Werkstückträger-Struktur gleichmäßig
verteilt und die Belastbarkeit gesteigert.
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Die
hier beschriebene Ausführungsform ist besonders einfach
und vielseitig handhabbar; die Fassung der Werkstückauflagen
(40) erlaubt zudem auch die Verwendung als vertikales Wandelement, ohne
dass ein Herausfallen der längserstreckten Werkstückauflagen
(40) auftreten kann. Weiterhin erlauben die mehrfach gesicherten
und symmetrisch ausgeformten Werkstückträger (40)
aus Aluminiumoxid in ihrer rahmennahen Anordnung eine extrem sichere
und fehlerarme Montage und Wartung bei optimalem Preis/Leistungsverhältnis.
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In 2 ist
eine vergrößerte Teilansicht eines Hochtemperaturhybridrosts
gemäß 1 wiedergegeben. Das angrenzend
zu den Rahmenelementen innerhalb des Rosts angeordnete, zusätzliche
Sicherungselement in Form einer durchgehenden CFC-Platte mit nahezu
quadratischem Querschnitt ist hier im Detail sichtbar. Das Sicherungselement
weist einen Querschnitt in Form eines Quadrats mit abgerundeten
Ecken auf und ist die gesamte Breite des rechteckigen Werkstückträgers
querend angeordnet. Hierbei werden sämtliche längs
verlaufende Elemente durchstoßen. Am jeweiligen Durchstoßungspunkt
weisen die Elemente eine formschlüssige Sicherungs-Bohrung
auf. Durch die formschlüssige Anordnung des Sicherungselements
in allen längs ausgerichteten Elementen werden diese Elemente
zu einem Verbund, welcher ohne Entnahme des Sicherungselements nicht
mehr aufgelöst werden kann. Über wechselseitig
angeordnete Ausklinkungen erstreckt sich dieser Bund auf die gesamte
Werkstückträgerstruktur, was im Nachfolgenden auch
als 'verbunden' bezeichnet wird.
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Für
den Austausch einer rahmennahen Werkstückauflage (40)
muss daher ein Rahmen-Element zunächst durch Ausschieben
aller Sicherungselemente aus dem betroffenen Rahmen-Element aus dem
Verbund gelöst werden. Anschließend kann das Rahmenelement
vertikal herausgezogen werden, wodurch die Fassung der rahmennahen
Werkstückauflagen (40) an einer Seite geöffnet
wird. Nach dem Austausch aller beschädigten Werkstückauflagen (40)
wird das Rahmenelement wieder passend eingesetzt und abschließend
durch Einschieben des Sicherungselements wieder in den Verbund integriert. Vorteilhaft
ist die veranschaulichte Ausführungsform gemäß 1 symmetrisch
mit zwei Sicherungselementen versehen, wobei sämtliche
Ausklinkungen der längs verlaufenden Elemente des Werkstückträgers
gleichfalls symmetrisch zur jeweiligen Elementmitte ausgebildet
sind. Die symmetrische Ausbildung von Ausklinkungen und Sicherungs-Bohrungen macht
die Remontage eines entnommenen Rahmen-Elements unanfällig
für Fehler seitens des Wartungspersonals: Das Rahmenelement
wird, so lange die Ausrichtung der Ausklinkungen stimmt, unabhängig
von zwischenzeitigem Drehen und Wenden, immer passend in die Werkstückträgerstruktur
einsetzbar sein.
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In 3 ist
eine Teilansicht eines vorteilhaften Werkstückträgers
veranschaulicht, bei dem ein vertikal ausgerichtetes Element (70)
mit trapezoidem Fuß (71) im Eckbereich eines Werkstückträgers
in diesen integriert ist. In der veranschaulichten Ausführungsform
weist das vertikal ausgerichtete Element einen Fuß auf,
welcher über unterseitige Ausklinkungen sowohl in ein quer
verlaufendes Rahmenelement als auch in ein angrenzendes, quer verlaufendes Rostelement
formschlüssig mit rechteckiger Basis eingreift. Weiterhin
wird die rechteckige Basis über eine formschlüssige
Bohrung und ein darin angeordnetes Sicherungselement mit dem Element
Verbund des Werkstückträgers verbunden.
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In
Einbaulage schließt das vertikal ausgerichtete Element
(70) seitlich das Rahmenelement umgreifend bündig
mit den überstehenden, parallel ausgerichteten, den Rahmen
umgreifenden Rostelementen ab.
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Ausgehend
von der rechteckigen, eingreifenden Basis verjüngt sich
das vertikal ausgerichtete Element (70) in seiner Quererstreckung
nach oben hin in einem rechtwinkeligen Trapez und mündet
kurz oberhalb des Werkstückträgers in einen konstant breiten
CFC-Plattenstreifen. Die Schräge des rechtwinkeligen Trapezes
ist zur Rostmitte hin ausgerichtet, sodass das vertikal ausgerichtete
Element (70) eine bündig zur Außenseite
des Werkstückträgers ausgerichtete, vertikale
Anschlagkante ausbildet. Die vorbeschriebene, trapezoide Fußausgestaltung
erlaubt vorteilhaft bei Elementen, deren Fuß doppelt so breit
wie der sich anschließende Streifen ist, eine besonders
kostengünstige Anfertigung von jeweils zwei Grundkörpern
aus einem Streifen durch nur einen Schnitt.
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Der
formschlüssige Eingriff über mindestens zwei Ausklinkungen
in Kombination mit der Integration in den Element-Verbund des Werkstückträgers über
ein Sicherungs-Element stellt eine belastbare und sichere Verankerung
eines vertikal ausgerichteten Elements (70) im Werkstückträger
bereit. Dergestalt verankerte Elemente erlauben in Kombination die
Ausbildung eines gleichfalls belastbaren Vertikalrahmens, welcher
das übereinander Anordnen von mehreren Werkstückträgern
in einer Matrix erlaubt. Die Gewichtskräfte werden über
die stabilen Verankerungen gleichmäßig über
die Werkstückträgerstrukturen verteilt.
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In 4 ist
eine Teilansicht eines vertikal ausgerichtetem Elements (70)
mit trapezoidem Fuß (71) in Seiteneinbaulage veranschaulicht.
Abweichend zu der Einbaulage im Eckbereich weist hier das vertikal
ausgerichtete Element (70) eine gleichmäßig
ausgestaltete Verjüngung in Form eines symmetrischen Trapezes
mit steileren Seiten auf. Weiterhin greift das vertikal ausgerichtete
Element (70) an dieser Stelle naturgemäß ausschließlich
in quer verlaufende Rostelemente über unterseitige Ausklinkungen
ein. Wie bereits erläutert wird auch hier über
mindestens zwei unterseitige Ausklinkungen in Kombination mit einer
Sicherungs-Bohrung und einem Sicherungs-Element eine stabile, belastbare
Integration in den Rost sichergestellt.
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- 10
- Hochtemperaturhybridrost
- 20
- rechteckiger
Rahmen
- 30
- Rost
- 40
- rahmennahe,
längserstreckte Werkstückauflage
- 41
- trapezoider
Querschnitt
- 42
- mittige,
durchgehende Längsbohrung
- 50
- planparalleler
Werkstückauflagebereich
- 60
- mit
vertikaler Kante übergreifende Elemente
- 61
- oberseitige
Ausklinkung
- 62
- quer
ausgerichtetes, eingreifendes Element
- 70
- vertikal
ausgerichtetes Element
- 71
- trapezoider
Fuß
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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