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TECHNISCHER BEREICH
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Chargiergestell zur Wärmebehandlung
von Werkstücken gemäß Oberbegriff des
unabhängigen Hauptanspruchs.
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BESCHREIBUNG DES STANDES DER
TECHNIK
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Gattungsgemäße
Chargiergestelle zur Wärmebehandlung von Werkstücken
dienen zur thermischen Behandlung von metallischen Werkstücken zur
Verbesserung der Werkstückoberfläche und/oder des
Werkstückgefüges. Hierzu werden die metallischen
Werkstücke gruppenweise – also in zusammengestellten
'Chargen' – möglichst gleichmäßig
zueinander beabstandet und ausgerichtet in Vorrichtungen eingeführt,
in denen kontrolliert die notwendige Erwärmung, ggf. Beaufschlagung
mit zusätzlichen, vergütenden Medien, stattfindet.
Die 'Chargen' werden dazu in die besagten Gestelle eingesetzt, in
denen die einzelnen Werkstücke wie vorbeschrieben angeordnet
sind, und anschließend über diese Chargiergestelle
gruppenweise in großer Stückzahl wärmebehandelt.
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Metallische
Chargiergestelle sind problematisch, da diese bei der Wärmebehandlung
der metallischen Werkstücke naturgemäß nicht
inert sein können; das Gestell zeigt gleichsinnige Oberflächenreaktionen
und Sinterprozesse während der Wärmebehandlung.
Daher ist eine exakte Maßhaltigkeit solcher Metallgestelle
unmöglich. Bereits nach dem ersten Durchlauf zeigen solche
Gestelle leichten Verzug, welcher mit jedem weiteren Lauf zunimmt.
Beispielsweise ist bei Behandlungstemperaturen von mehr als 800°C
bei üblichen Metallen wie Stahl schon mit dem ersten Lauf
ein wesentlicher Verzug im Prozentbereich möglich. Ein
Verzug ist nicht vorhersagbar, sodass ein maschinelles Einsetzen
der Werkstücke an festen Positionen immer nur an einem neuen,
nicht genutzten Gestell gelingen kann. Daher macht der unvermeidliche
Verzug eine manuelle Beschickung notwendig. Die über Vertiefungen
vorgegebene Position der Werkstücke ändert sich
dabei kontinuierlich mit fortlaufender Nutzung. Die metallischen
Werkstücke werden bei der Beschickung nutzerseitig grob
aufgelegt und rutschen schwerkraftunterstützt in die vorgesehenen
Vertiefungen im Gestell. Insbesondere bei der hängenden
Chargierung von längserstreckten oder schmalseitigen Werkstücken
wie Klingen, Ringen, Schrauben oder Werkzeugen hat sich diese Vorgehensweise
durchgesetzt. Bereits nach einigen Behandlungszyklen kann ein solches,
metallisches Gestell insbesondere im Bereich der direkt mit Last
beaufschlagten Auflagen so verzogen sein, dass es nicht mehr verwendet
werden kann. Die kurze Lebenserwartung solcher metallischen Gestelle
erhöht dadurch erheblich die Produktionskosten und den
Stückpreis der Werkstücke und ist für
eine preisgünstige, industrielle Werkstück-Fertigung
nicht akzeptabel.
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Die
EP 0 899 346 B1 schlägt
ein Chargiergestell zur Wärmebehandlung von Werkstücken
vor, welches aus einem faserverbundkeramischen Material besteht
und aus Bindemittel-getränkten Flachmaterialbahnen monolithischer
Struktur zusammengesetzt wird. Die Flachmaterialbahnen weisen Erhebungen
und Vertiefungen auf, welche die Werkstücke umfassen und
aufnehmen. Problematisch ist bei diesen Gestellen die spröde.
keramische Komponente sowie das thermisch ausgehärtete
Bindemittel: Das Einrutschen und Einrasten der Werkstücke,
wie es insbesondere bei der hängenden Chargierung üblich ist,
erzeugt hier kontinuierlich Abrieb und verschleißt durch
Bruch der spröden Komponenten die Auflagebereiche. Zudem
werden Stäube durch den Abrieb freigesetzt, welche den
Arbeitsbereich und die darunter liegenden Werkstücke verschmutzen.
Vor diesem Hintergrund sind die relativ teuren, faserverbundkeramischen
Chargiergestelle grundsätzlich für die industrielle
Massenfertigung von preisgünstigen Werkstücken,
welche grob positioniert eingesetzt werden, nicht geeignet.
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Chargiergestelle
mit kombiniert zusammengesetzten Baugruppen, umfassend Metall und
faserverbundkeramisches Material sind nicht bekannt. Dies erklärt
sich durch den stark unterschiedlichen, thermischen Ausdehungskoeffizienten
der beiden Materialsorten: Die hohe, thermische Ausdehnung eines
Metalls bedingt in Kombination mit der niedrigen, thermischen Ausdehnung
von keramischen Strukturen enorme Spannungen, welche unausweichlich
einen extremen, zerstörerischen Verzug der gesamten Baugruppe
zur Folge haben. Vor diesem Hintergrund wird die kombinierte Verwendung von
diesen beiden Materialien bei der Wärmebehandlung von Metallen
nicht in Erwägung gezogen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es somit, die Nachteile des Standes
der Technik zu überwinden und ein Chargiergestell zur Wärmebehandlung
von Werkstücken bereitzustellen, welches eine industrielle
Massenfertigung von preisgünstigen Werkstücken
bei verringertem Verzug und längerer Lebenserwartung ermöglicht.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der
Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte
Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
UND VORTEILHAFTER MERKMALE
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Erfindungsgemäß weist
ein Chargiergestell zur Wärmebehandlung von Werkstücken
ein metallisches Auflage-Element in Hohlmantelform auf.
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Ein
Auflage-Element dient zum Auf- sowie Einlegen der Werkstücke.
Es trägert die Werkstücke innerhalb des Chargiergestells
und ist an den Auflagepunkten sowie -flächen direkt der
Gewichtskraft der Werkstücke ausgesetzt.
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Eine
Hohlmantelform ist durch mindestens einen umgriffenen Hohlraum gekennzeichnet,
welcher von dem metallischen Mantel nach außen hin abgegrenzt
ist. Dergestalt ausgebildet ist das Auflage-Element auf unterseitigen
Lagerbereichen aufsetzend ausgerichtet.
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Unterseitige
Lagerbereiche bezeichnen die Teile des Chargiergestells, auf denen
das Auflage-Element im Chargiergestell ausgerichtet ist. Diese Bereiche
dienen als Lager des Auflage-Elements und übertragen die
auf dem Auflage-Element anliegende Gewichtskraft der Werkstücke
in das Chargiergestell. Das Auflage-Element weist erfindungsgemäß mindestens
eine durchgehende, die Lagerbereiche überragend längserstreckte
CFC-Seele auf.
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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-Werkstoffe mit durchgängig parallel zur Oberfläche
angeordneten Karbonfasern und/oder -geweben sind bis 2000 Grad Celsius
selbst unter Kraftbeaufschlagung stabil, extrem leicht und formbeständig.
Im Vergleich zu metallischen oder oxidischen Werkstoffen und Gerüststrukturen
weisen solche CFC-Werkstoffe bei einer thermischen Behandlung so
gut wie keine Deformation oder Wärmeausdehnung auf.
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Eine
CFC-Seele bezeichnet eine längsertreckte Kernstruktur aus
einem CFC-Werkstoff, welche von dem umgebenden Hohlmantel hintergriffen
wird. Durch den Hintergriff ist die CFC-Seele innenseitig im metallischen
Auflage-Element fixiert. Bei thermischer Ausdehnung des Mantels
nach Außen verbleibt die innenseitige CFC-Seele als Kernstruktur im
hintergriffenen, inneren Bereich, ohne die thermische Expansion
des Auflage-Elements zu behindern.
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Eine
durchgehend ausgebildete CFC-Seele weist eine kraftschlüssige
Struktur auf, welche eine lokal einwirkende Kraft entlang der Erstreckungsrichtung
ausleitet und verteilt.
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Durch
die CFC-Seele, welche die Lagerbereiche überragend ausgebildet
ist, wird so die oberseitige Last der aufgelegten Werkstücke
seitlich bis zu den Lagerbereichen ausgeleitet.
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Während
einer Wärmebehandlung dehnt sich das Auflage-Element zwar
thermisch aus, wird aber durch die Last der aufgelegten Werkstücke
nur elastisch deformiert. Die erfindungsgemäße CFC-Seele
stabilisiert das elastisch deformierte Auflage-Element, bevor es
zu einer schädigenden, plastischen Deformation kommen kann.
Im Ergebnis verzieht sich das metallische Auflage-Element durch
die Warmbehandlung allenfalls noch im Rahmen von Sinter- und Kristallisationsprozessen
und behält damit entschieden länger die notwendige,
makroskopische Raumform. Die CFC-Seele bringt eine zusätzliche
Stabilität ein, erhöht Lebenserwartung und Formstabilität
des Auflage-Elements und macht dadurch erstmals eine industrielle
Massenfertigung von preisgünstigen, wärmebehandelten
Werkstücken zugänglich.
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Bevorzugt
ist die CFC-Seele in den die Lagerbereichen abdeckenden Abschnitten
formschlüssig das metallische Auflage-Element ausfüllend
angeordnet. Durch eine formschlüssige Anordnung im Bereich
der Lagerbereiche ist von Anfang an eine kraftschlüssige
Auflage der CFC-Seele auf dem Chargiergestell gewährleistet.
Sobald die Werkstücke ihre Gewichts-Last lokal auf die
CFC-Seele übertragen, wird diese Last über die
CFC-Seele stets und vollständig an die Lagerbereiche ausgeleitet.
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Vorteilhaft
wird diese Anordnung mit abschnittsweiser, formschlüssiger
Anordnung der CFC-Seele entlang des Auflage-Elements kombiniert.
Hierbei dienen die besagten Abschnitte zur Stabilisierung jener
Bereiche, in denen die Werkstücke über lokale
Auflagen ihr Gewicht auf das Auflage-Element übertragen;
besonders vorteilhaft ist die gesamte CFC-Seele formschlüssig
in dem Auflage-Element angeordnet. Während der Wärmebehandlung ist
die Hohlmantelform dann lediglich thermisch bedingt um die CFC-Seele
herum beabstandet und wird bereits bei geringer, elastischer Deformation
durch die Werkstücke stabilisierend mit der CFC-Seele in Kontakt
gebracht; zudem können bei dieser Ausführungsform
die Werkstücke frei entlang des Auflage-Elements positioniert
und verschoben werden, ohne dass eine Beeinträchtigung
des stabilisierenden Effekts zu befürchten ist.
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Bevorzugt
weist das Auflage-Element ausrichtende Einrichtungen auf, welche
die CFC-Seele in ihrer Position ausrichten. Solche Einrichtungen umfassen
Splinte, Stifte, Schrauben, Federn, Einschübe oder auch
Ausrichter und stellen sicher, dass die CFC-Seele während
der Handhabung und/oder Montage des Chargiergestells seitlich gefasst
im vorgesehenen Bereich des Auflage-Elements sicher gehalten ist.
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Einseitig
endständig in Auflage-Element und/oder CFC-Seele eingreifende
Einrichtungen fixieren die CFC-Seele relativ zu einer Seite des
Auflage-Elements, lassen dabei das Auflage-Element in seiner thermischen
Ausdehnung unbehindert, und können vorteilhaft über
einen zusätzlichen Hintergriff an einer endständigen
Ausformung der CFC-Seele eine Ausrichtung der CFC-Seele bereitstellen.
Die Ausrichtung der CFC-Seele erlaubt die genaue Positionierung
von Kanten oder separat ausgeformten Stützbereichen, um
vorteilhaft eine abschnittsweise formschlüssige CFC-Seele
in dem Auflage-Element auszurichten.
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Bevorzugt
weist das Chargiergestell ein Auflage-Element mit außenseitigen
Auflage-Ausformungen mit innenseitig formschlüssig anliegender CFC-Seele
auf. Durch außenseitige Auflage-Ausformungen sind die Auflagepunkte,
an denen die Werkstücke ihre Gewichtslast auf das Auflage-Element übertragen,
exakt vorgegeben. Mit einer gleichsinnig ausgerichteten CFC-Seele
mit passend formschlüssig angeordneten Bereichen wird vorteilhaft
eine maximal wirksame Stabilisierung bei reduziertem Materialaufwand
bereitgestellt.
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Bevorzugt
sind die Lagerbereiche als metallische Halterungen mit gleichem,
thermischem Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet. Eine Halterung fixiert
das Auflageelement zumindest seitlich in seiner aufgesetzten Ausrichtung;
durch übereinstimmende, thermische Ausdehnungskoeffizienten
wird dabei vorteilhaft ein Verklemmen oder Verkanten sowie eine
thermische Verspannung und Verformung des Chargier-Gestells durch
das Auflage-Element vermieden.
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Bevorzugt
ist die CFC-Seele aus längs über Ausklinkungen
ineinander eingreifende CFC-Plattenstreifen ausgebildet. Eine so
aufgebaute CFC-Seele kann mit jedem Plattenstreifen-Element mindestens einen
innenseitig aufliegenden Stützpunkt bereitstellen, welcher
stabilisierend ausgerichtet angeordnet wird; bei rechtwinkeligen,
längserstreckten CFC-Plattenstreifen-Elementen werden mit
jedem Element zwei gegenüberliegende Stützkanten
bereitgestellt, welche vorteilhaft eine lineare Kraftdurchleitung
bereitstellen. Besonders vorteilhaft ist eine solche CFC-Seele in
ihrer Länge an unterschiedliche Auflage-Elemente anpassbar
und kann bei Bruch oder Beschädigung eines CFC-Plattenstreifen-Elements durch
Austausch von nur einem Element wieder repariert werden.
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Besonders
bevorzugt ist die CFC-Seele als Verbund von ineinander eingreifenden
CFC-Plattenstreifen-Elementen ausgebildet, bei dem jeweils mindestens
3 CFC-Plattenstreifen-Elemente unter wechselseitigem Eingriff ihre
räumliche Ausrichtung stabilisierend ausgerichtet sind.
Besonders bevorzugt sind dabei Verbunde, die angrenzend zu Rahmenelementen
innerhalb eines Rosts aus längs- und quererstreckten CFC-Plattenstreifen
zusätzliche Sicherungselemente in Form einer durchgehenden CFC-Platte
beispielsweise mit nahezu quadratischem Querschnitt aufweisen. Das
Sicherungselement wird die gesamte Breite des Rostes 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 der Elemente erstreckt sich dieser Bund auf
die gesamte Roststruktur.
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Bevorzugt
weist die CFC-Seele über Ausklinkungen fixierte, quer ausgerichtete
CFC-Plattenstreifen auf. Solche quer ausgerichteten Plattenstreifen
stellen in formschlüssiger weise ausgebildet und ausgerichtet
innenseitig durchgehend anliegende Stützkanten bereit,
welche vorteilhaft die gesamte Breite eines Auflage-Elements abzudecken
vermögen. Auch bei oberseitig rund oder oval ausgeformten
Auflage-Elementen kann so materialsparend eine lokale, senkrechte
Kraftübertragung auf den Seelenkörper sichergestellt
werden; besonders vorteilhaft kann hierbei eine standardisierte,
stabile CFC-Seele mit eng gesetzten Ausklinkungen durch jeweils
passend ausgebildete CFC-Plattenstreifen an unterschiedlichste Auflage-Elemente
angepasst werden. Ein durchgehender Formschluss der CFC-Seele entlang
der Auflagebereiche wird so gerade bei schmalen, hängend
chargierten Werkstücken wie Ringen oder Schrauben wird
besonders preisgünstig und an die jeweilige Werkstückbreite
anpassbar zugänglich.
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Bevorzugt
sind die tragenden, Gewichtskraft ausleitenden Strukturen des Chargiergestells
aus CFC gefertigt. Standfüße, -säulen
und Auflagepunkte aus CFC bieten den Vorteil, dass der horizontale
Ab stand der einzelnen Ebenen eines Chargiergestells temperaturunabhängig
konstant und frei von Verzug bleibt. Mithin sind nur die Halterungen
und/oder die eingelegten, eingehängten oder gehalterten
Auflage-Elemente auf ausreichende, horizontale Gleichmäßigkeit
zu überprüfen. Horizontale Gleichmäßigkeit
läßt sich dabei schnell und kostensparend mit
einer planparallelen Unterlage und einem Prüfkörper feststellen;
sobald die Abweichung die Höhe des Prüfkörpers übersteigt,
ist die jeweilige Halterung/das jeweilige Auflage-Element auszutauschen.
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Bevorzugt
sind die Lagerbereiche als metallische Halterungen mit gleichem,
thermischem Ausdehnungskoeffizienten wie das metallische Auflage-Element
ausgebildet. Weiterhin sind die metallischen Halterungen auf gleicher
Höhe zur Oberkante des Auflage-Elements in eine CFC-Trägerstruktur eingreifend
angeordnet und das Auflage-Element liegt zumindest unterseitig auf
der Halterung auf. Während des Aufwärmens zur
Wärmebehandlung dehnt sich die Halterung der Schwerkraft
folgend nach unten aus. Das aufliegende Auflage-Element dehnt sich,
von seinem Auflagepunkt her gesehen, nach oben aus. Da der Abstand
von unterseitigem Auflagepunkt zur Oberseite des Auflage-Elements gleich
dem Abstand zum Eingriffpunkt der Halterung in die CFC-Trägerstruktur
ist, dehnt sich das Auflage-Element um den Betrag nach oben aus,
um den sich die Halterung gleichzeitig nach unten absenkt. Innerhalb
der Fertigungsgenauigkeit und der elastischen Verformung durch die
aufliegenden Werkstücke bleibt die Oberseite des Auflage-Elements
damit ortsfest, da sich die thermischen Ausdehungen von Halterung
und Auflage-Element kompensieren. Diese Kompensation fixiert vorteilhaft
die geträgerten Werkstücke in der horizontalen
und ermöglicht besonders vorteilhaft bei seitlich schwimmend
gelagertem Auflage-Element eine sehr präzise Wärmebehandlung
mit minimalem, thermischem Verzug. Besonders vorteilhaft wird hierbei
das Auflage-Element über eine in die CFC-Trägerstruktur
eingreifende CFC-Seele mit oberseitiger, mittiger Stützkante
stabilisiert. Die Stützkante liegt bei der vorbeschriebenen Halterung
dauerhaft innenseitig an dem Auflage-Element an und stabilisiert
dieses dauerhaft und temperaturunabhängig. Ein oberseitiger,
umfassender Verzug durch plastische Deformation durch die Werkstücke
kann hier nicht mehr vorkommen.
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Bevorzugt
ist mindestens ein Auflage-Element in einem aus ineinandergreifenden
CFC-Plattenstreifen ausgebildeten Rost angeordnet, bevorzugt in
einem schubladenartig im Chargiergestell aufliegenden Rost. Durch
etagenweise einlegbare oder einschiebbare Roste kann die Beschickung
eines Chargiergestells vorteilhaft in mindestens zwei Schritten
erfolgen, bei denen zunächst einzelne Roste für
sich, behinderungsfrei und bequem beschickt werden und anschließend
etagenweise, schnell und zeitsparend in das Chargiergestell eingeschoben/eingesetzt
werden. Besonders vorteilhaft in Kombination mit einer die thermische
Ausdehnung in der Höhe kompensierenden Halterung kann so
eine sehr spannungsfreie und präzise Wärmebehandlung der
Werkstücke einfach, schnell und kostengünstig durchgeführt
werden.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen. Es
versteht sich, dass die vorbeschriebenen Merkmale und Vorteile und
nachfolgenden Ausführungsbeispiele nicht beschränkend
aufzufassen sind. Vorteilhafte, zusätzliche Merkmale und zusätzliche
Merkmalskombinationen, wie sie in der Beschreibung erläutert
sind, können im Rahmen der unabhängigen Ansprüche
im beanspruchten Chargiergestell zur Wärmebehandlung von
Werkstücken sowohl einzeln als auch abweichend kombiniert
verwirklicht werden, ohne dass der Bereich der Erfindung verlassen
würde.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die
Figuren veranschaulichen an Hand von Prinzipskizzen....
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1a und 1b die
grundsätzliche Funktion einer CFC-Seele (schraffiert),
welche in ein Auflage-Element eingezogen ist; während das
Auflage-Element der Gewichtskraft elastisch nachgebend bei der erhöhten
Temperatur unter Spannung gesetzt wird, stabilisiert die CFC-Seele
dessen Raumform.
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2 in
Längssicht eine vorteilhafte Ausgestaltung eines Auflage-Elements
(nicht schraffiert), einer CFC-Seele (schraffiert) und einer Auflage
(nicht schraffiert).
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3 und 4 ein Auflage-Element, das über eine
metallische Halterung in eine CFC-Trägerstruktur horizontal
eingehängt ist; die Auflage der Halterung liegt im Bereich
der Oberkante des Auflage-Elements. Halterung und Auflage-Element
bestehen aus Metallen mit gleichem Wärmeausdehnungskoeffizienten,
wodurch sich die Halterung in Richtung der Schwerkraft mit steigender
Temperatur nach unten ausdehnt, während das Auflage-Element
sich auf der Auflage nach oben ausdehnt. Im Ergebnis bleibt die Oberkante
des Auflage-Elements dadurch am gleichen Ort trotz thermischer Ausdehnung
(4b). Bei wie abgebildet schwimmend gelagertem
Auflage-Element kann die thermische Längsausdehnung dabei
vorteilhaft vollkommen behinderungsfrei zugelassen werden; vorteilhaft
kann die Ausrichtung des Auflage-Elements über mindestens
einen positionierenden Stift (nicht dargestellt) sichergestellt
werden; ein versehentliches, seitliches Herausrutschen wird dadurch
vermieden. Mithin kann mit einer Aufhängung wie sie in 4 veranschaulicht ist eine CFC Seele über
ein CFC Gestell geträgert als dauerhafte, ortsfeste Stabilisierung
des Chargierrohrs in einem kombinierten Metall/CFC Chargiergestell
Verwendung finden.
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5 CFC-Plattenstreifen-Elemente, welche über
Ausklinkungen ineinander eingreifend eine CFC-Seele mit längserstreckten
Stützkanten in variierbarer Länge bereitstellen
(5a), über Ausklinkungen und zusätzliche,
quer angeordnete Elemente (5b) als
CFC-Seele variierbarer Länge einen schlüssigen
Verbund mit längs- und auch quererstreckten Stützkanten
bereitstellen (Drahtgittermodell 5c).
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DETAILLIERTE ERLAEUTERUNG
DER ERFINDUNG AN HAND VON AUSFÜHRUNGBEISPIELEN
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform umschließt
ein erfindungsgemäßes Auflage-Element als seitlich
offenes Rohr eine CFC-Seele. Wie 1a und 1b veranschaulichen,
ist dabei das als umschließendes Rechteck wiedergegebene
Rohr horizontal ausgerichtet, sodass die als horizontales, schraffiertes,
konzentrisches Rechteck wiedergegebene CFC-Seele stabil innerhalb
des Rohres ausgerichtet ist. Unterseitige Lager sind als Dreiecke
veranschaulicht, wobei die seitlichen Lagerbereiche in den 1a und 1b im
Bereich der unterseitig am Rohr ansetzenden Dreiecksspitzen angeordnet
sind. Die durch die aufgelegten Werkstücke (nicht dargestellt)
einwirkende Last/Gewichtskraft ist als oberseitiger Pfeil in ihrer
Wirkrichtung veranschaulicht. Während der Wärmebehandlung
dehnt sich der Metallmantel thermisch aus und wird elastisch unter
der einwirkenden Gewichtskraft deformiert. Die CFC-Seele stabilisiert
die Raumform und leitet in direkter Auflage die oberseitig einwirkende
Last über die Lagerbereiche in die Lager über.
Wie 1b darlegt erfährt das metallische Auflage-Element
durch die CFC-Seele eine stabilisierende Entlastung und wird nur
im Rahmen seiner Elastizität deformiert. Die Erfinder haben
festgestellt, dass eine zunehmende Plastizität des jeweiligen
Metalls des Auflage-Elements bei der benötigten Wärmebehandlungs-Temperatur
mit einer verbesserten Formschlüssigkeit der CFC-Seele
in den Lagerbereichen und im Bereich der Lasteinwirkung vorteilhaft
kompensiert werden kann. Besonders vorteilhaft macht der Gegenstand der
vorliegenden Erfindung ein Verfahren zugänglich, bei dem
Auflage-Elemente in ihrem Material den Werkstücken angepasst,
und CFC-Seelen über CFC-Plattenstreifen-Elemente in ihrer
Formschlüssigkeit der Plastizität des Materials
entsprechend angeglichen und ausgerichtet werden können.
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2 veranschaulicht
in Längssicht ein metallisches Auflage-Element, welches
als hintergreifende Hohlmantelform hufeisenförmig eine
im Querschnitt runde, horizontal schraffiert veranschaulichte CFC-Seele
hintergreift. Bei Raumtemperatur liegt das Auflage-Element wie in 2 dargelegt
auf den als Dreiecken veranschaulichten Lager auf, wobei die Öffnung
der Hufeisenform bodenseitig ausgerichtet ist. Das Auflagelement
weitet während des Aufheizens auf Wärmebehandlungs-Temperatur
auf, wodurch sich die Öffnung des Hufeisens vergrößert, ohne
jedoch die hintergriffene CFC-Seele vollständig freizugeben;
die aufweitende Öffnung erlaubt dem formstabilen CFC-Element,
kraftschlüssig auf den Lager aufzuliegen. 2 veranschaulicht
mithin ein Auflage-Element, bei dem vorteilhaft die CFC-Seele erst
bei erhöhter Temperatur zur Entlastung beiträgt; dies
bietet den Vorteil, dass in dieser Ausführungsform auch
eine dünnere CFC-Seele mit Graphitanteil, dessen Steifigkeit
mit zunehmender Temperatur ansteigt, Verwendung finden kann. Durch
die Entlastungsfunktion bei erhöhter Temperatur kann in
der veranschaulichten Bauweise vorteilhaft bei metallischen Auflage-Elementen
mit deutlich mit der Temperatur ansteigender Elastizität
gezielt die Temperatur eingestellt werden, ab der die Entlastungsfunktion der
CFC-Seele greift.
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3 veranschaulicht
in Längssicht ein Ausführungsbeispiel, bei dem über
eine CFC-Trägerstruktur – veranschaulicht als
Rechtecke mit abgerundeten Ecken – ein Lagerbereich als
metallische Halterung – veranschaulicht als Dreiecke – und
eine CFC-Seele – veranschaulicht als schraffierter Kreis – gehalten
sind. Hierbei greift die metallische Halterung auf Höhe
der Oberkante des Auflage-Elements über zusätzliche
Einrichtungen (nicht dargestellt) in die CFC-Trägerstruktur
ein. Die entsprechende Höhe ist als punktierte Linie hervorgehoben.
Das rohrförmige Auflage-Element ist veranschaulicht als
Kreis, in dem konzentrisch die CFC-Seele angeordnet ist. Die CFC-Seele
liegt unterseitig auf der CFC-Trägerstruktur auf, während
das rohrförmige Auflage-Element zunächst allein
von der Halterung umschlossen gehaltert ist. Halterung und Auflage-Element
haben gleiche, thermische Ausdehungskoeffizienten, während
CFC-Trägerstruktur und CFC-Seele thermisch formstabil sind.
Die im Auflagefall einwirkende Gewichtskraft ist in ihrer Wirkrichtung
als Pfeil veranschaulicht. Dergestalt gehaltert ist die Oberkante
des Auflage-Elements kompensiert ortsstabil, wie nachfolgend an
den gleichsinnigen 4a und 4b erläutert
wird.
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4a veranschaulicht
eine zu 3 gleichsinnige Halterung in
der Seitenansicht. Ein umschließendes Auflage-Element mit
rechteckiger Seitenansicht mit darin angeordneter, das Auflage-Element
seitlich überragender CFC-Seele ist über eine Halterung
mit einer seitlich dazu mit hochkant ausgerichteten Rechtecken veranschaulichten
CFC-Trägerstruktur verbunden. Die Wirkrichtung der Gewichtslast
bei aufliegenden Werkstücken ist als nach unten deutender
Pfeil veranschaulicht. Die Höhe des Auflage-Elements von
unterseitiger Auflage bis zu seiner horizontal ausgerichteten Oberkante
und die Höhe der Halterung von unterseitigem Auflagebereich
bis zu deren oberseitiger Auflage in der CFC-Trägerstruktur
sind im Wesentlichen gleich. Die Höhen sind als Doppelpfleil
zwischen zwei punktierten Linien angegeben. Die CFC-Seele erstreckt
sich bis in die CFC-Trägerstruktur hinein und ist dort,
nahe zur Oberkante des Auflage-Elements, gehaltert.
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In
der Horizontalen sind Halterung und Auflage-Element schwimmend in
der CFC-Tägerstruktur gelagert; eine thermische Ausdehnung
ist horizontal behinderungsfrei innerhalb des benötigten
Temperaturbereichs möglich.
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In
der Vertikalen kompensieren sich die thermischen Ausdehnungen von
Auflage-Element und Halterung wie nachfolgend an 4b erläutert
wechselseitig: Die Halterung dehnt sich in Richtung der Schwerkraft
mit steigender Temperatur nach unten hin aus. Das Auflage-Element
dehnt sich auf der Halterung nach oben hin aus. Im Ergebnis bleibt
die Oberkante des Auflage-Elements dadurch am gleichen Ort trotz
thermischer Ausdehnung. Unter Last wird das Auflage-Element mithin
vorteilhaft gar nicht bis minimal elastisch deformiert, bevor es
zur Auflage auf der CFC-Seele kommt, welche in entlastender Weise
das Gewicht der aufliegenden Werkstücke in die CFC-Trägerstruktur überleitet.
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5a veranschaulicht
in einer Prinzipskizze ein längserstrecktes CFC-Plattenstreifen-Element rechteckiger
Grundform mit einer Länge und einer Breite, bei dem mittig
in den Breitseiten mit einer Länge von 25% der Gesamtlänge
und einer Breite entsprechend der Plattenstreifendicke Ausklinkungen ausgeformt
sind. Jeweils um 90 Grad um ihre Längsachse gedreht und
längs ineinander eingreifend verbunden ergibt eine Vielzahl
eines dergestalt ausgeklinkten CFC-Plattenstreifen-Elements eine
durchgehende, kreuzförmige CFC-Seele, welche über
die Anzahl der Elemente vorteilhaft in ihrer Länge anpassbar
ist.
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5b veranschaulicht
in einer Prinzipskizze ein halbkreisförmiges CFC-Plattenstreifen-Element
mit einer konzentrischen Ausklinkung in Form eines halben, gleichseitigen
Kreuzes mit gleich langen, rechtwinkelig endenden Armen, wobei das Kreuz
mit seinen horizontalen Armen parallel zum Durchmesser des Halbkreisprofils
ausgerichtet ist. Weiterhin weist das CFC-Plattenstreifen-Element nahe
zum äußeren Rand eine Ausklinkung in der Kreishalbierenden
auf, zu der zentrosymmetrisch eine vorkragende Ausformung auf der
anderen Seite ausgeformt ist. Um 180° in der Papierebene
gedreht kann ein weiteres, formgleiches CFC-Plattenstreifen-Element
mit der Ausklinkung und der zentrosymmetrischen Ausformung form-
und kraftschlüssig aufgesetzt werden, wobei mittig eine
vollständige, kreuzförmige Ausklinkung von den
beiden Elementen umschlossen wird. Vorteilhaft können zwei
wie vorbeschrieben ausgestaltete CFC-Plattenstreifen-Elemente auf
eine kreuzförmige CFC-Seele unter Bereitstellung von quer
erstreckten, kreisförmigen Stützkanten kraftschlüssig
aufgesetzt werden. Über Ausklinkungen – wie sie
in 5a als Vollstrich angedeutet sind – wird
besonders vorteilhaft auch eine Fixierung der Position der Stützkanten
in Längsrichtung möglich, welche die gezielte
Ausrichtung der Stützkanten innerhalb des Auflage-Elements
ermöglicht.
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5c veranschaulicht
in einem Drahtgittermodell die durch Kombination einer kreuzförmigen CFC-Seele
und runden, quer ausgerichteten Stützkanten zugängliche
Raumform; dieses Prinzipbild zeigt, dass vorteilhaft mit anpassbarer
Länge unter Verwendung von CFC-Plattenstreifen-Elementen
mit Ausklinkungen bei geringstem Materialaufwand und niedrigsten
Materialkosten eine höchst vielseitige und in Anzahl, Position
und Raumform der Stützkanten an den Bedarf anpassbare CFC-Seele
bereitgestellt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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