DE3842372C2 - Vorrichtung zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärme­ behandlung metallischer Werkstücke mit einer Werk­ stückhalte- und -fördereinrichtung, mit einer eine Gas­ atmosphäre enthaltende Durchlaufkammer, die über zwei sich gegenüberliegende Seitenwände und eine Deckenwand verfügt, und mit Gaseinströmöffnungen, die in der Durchlaufkammer angeordnet sind.

Zur Härtung von Oberflächen von Werkstücken wird häufig die induktive Erwärmung benutzt. Dabei werden die obersten Randschichten des zu bearbeitenden Werkstückes durch einen im Koppelabstand geführten, mit einer hochfrequenten Wechselspannung beauf­ schlagten Induktor erwärmt und anschließend unter Martensitbildung mit einem Fluidum abgeschreckt.

Bei der Härtung von Stahlteilen unter normaler Luf­ tatmosphäre setzt eine Oberflächenoxidation des Werk­ stückes ab ungefähr 680° Celsius ein. Es bildet sich Zun­ der. Dieser wird üblicherweise bei geringen Anforde­ rungen an Formfehler und Oberflächengüte mechanisch durch Bürsten entfernt. Bei der Härtung von Gleit- und Führungsteilen müssen die Werkstücke dagegen in nachfolgenden Arbeitsgängen nachgeschliffen werden. Diese Vorgehensweise erhöht nicht nur die Herstel­ lungskosten in einer Massenfertigung, sondern ver­ schlechtert auch die Qualität des Gleit-, Führungs- oder Formteiles.

Aus der DE-OS 36 30 833 ist eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Im Durch­ laufbetrieb werden die zu behandelnden Werkstücke in der Durchlaufkammer unter Einwirkung einer Gas­ atmosphäre mit Stahlrohrbrennern aufgeheizt. Die En­ den der Durchlaufkammer weisen mechanische Ofen­ einlässe auf, die in die Umgebungsluft münden. Es bildet sich innerhalb der Durchlaufkammer ein Gasatmosphä­ renprofil, das ein teilweises Eindringen von Außenluft gestattet. Das Auftreten von Sauerstoff innerhalb der Durchlaufkammer gestattet das Glühen von Werk­ stücken jedoch nicht einen zunderfreien Härteprozeß.

Aus der DE-PS 37 36 502 ist eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke bekannt, bei dem die Werkstücke im Vakuum unter Ausschluß der Umgebungsluft wärmebehandelt werden. Diese Vorrichtung weist für die Großserienfertigung den ent­ scheidenden Nachteil auf, daß sie nur im Chargenbe­ trieb benutzt werden kann. Damit ist eine Werkstückbe­ arbeitung in Taktzeiten von 3 bis 20 Sekunden nicht erreichbar. Zudem muß eine Vakuumhärtevorrichtung als eine eigenständige Härtevorrichtung ausgestaltet sein, sie kann nicht eine bestehende Härtevorrichtung erweitern und nicht in eine verkettete Fertigungsanlage eingebaut werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es gestattet, eine in Normalluft im Taktbetrieb arbeitende induktive Härtevorrichtung auf einfache Weise in eine zunderfrei arbeitende induktive Härtevorrichtung zu erweitern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Seitenwände an ihrem unteren Endbe­ reich in die mit einer Abschreckflüssigkeit füllbaren Werkstückhalte- und -fördereinrichtung eintauchen, daß zwischen den Seitenwänden jeweils eine Düsenanord­ nung zur Erzeugung eines laminaren Flüssigkeitsvor­ hanges vorgesehen ist, daß in der Durchlaufkammer mindestens eine Arbeitsstation mit einem Induktor vor­ gesehen ist und daß durch die Gaseinströmöffnungen ein Inertgas zur Bildung der Gasatmosphäre in die Durchlaufkammer leitbar ist.

Die vorgeschlagene Vorrichtung weist den Vorteil auf, daß die Durchlaufkammer in einfacher Weise auf einem Drehteller oder einer anderen vorhandenen Här­ tevorrichtung aufgebaut werden kann. Bei der Benut­ zung von Stickstoff als Inertgas ist eine hohe Arbeitssi­ cherheit gegeben. Durch die Verwendung der Ab­ schreckflüssigkeit für die Werkstücke sowohl als Dicht­ material gegenüber einem sich bewegenden Drehteller oder Taktförderband als auch für die Flüssigkeitsvor­ hänge kann ein einzelnes geschlossenes Flüssigkeitssy­ stem benutzt werden.

Flüssigkeitsvorhänge aus Polymerlösungen oder Wasser weisen eine gute laminare Strömung auf, die auch beim Hindurchtakten von Werkstücken nur kurz­ zeitig unterbrochen wird. Hierbei ist die Ausgestaltung der Spaltdüsen in Lanzenform mit einer Breite von 0,4 bis 0,5 Millimeter besonders vorteilhaft, wenn der durch die Orientierung der Düse gegebene Auslaufwinkel 6° bis 10° in Richtung des Innern der Durchlaufkammer beträgt. Bei einem Flüssigkeitsausstoß von 0,3 bis 0,4 Liter pro Minute und pro Zentimeter Breite und einem Überdruck im Innern der Durchlaufkammer von 0,01 bis 0,1 Bar wird der laminar fließende Wasservorhang in besonders dichtender und damit wirkungsvoller Weise abgelenkt.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum induktiven Randschichthärten im Taktbetrieb ge­ mäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung zum induk­ tiven Handschichthärten im Taktbetrieb gemäß dem er­ sten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 die Außenkammer der Vorrichtung zum induk­ tiven Randschichthärten im Taktbetrieb gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Außenkammer gemäß der Fig. 3,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der Innenkammer der Härtevorrichtung und

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Weiterbil­ dung der Innenkammer der Härtevorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt schematisch im Querschnitt eine An­ sicht einer Härtevorrichtung zum induktiven Rand­ schichthärten im Taktbetrieb gemäß einem ersten Aus­ führungsbeispiel der Erfindung. Die Härtevorrichtung ist auf einem Grundgestell 1 angeordnet, auf dem ein runder Drehteller 2 um eine Drehachse 3 drehbar gela­ gert ist.

Der Drehteller 2 ist über eine Welle 4 drehfest mit einem Zahnkranz 5 verbunden. Um den Zahnkranz 5 läuft eine Antriebskette 6, die mit dem Antriebsritzel 7 eines Drehtellerantriebsmotors 8 in Eingriff steht. Der Drehtellerantriebsmotor 8 ist fest mit dem Grundgestell 1 verbunden. Er wird über Stromversorgungs- und Steuerleitungen 9 angesteuert, die zu einer in der Fig. 1 nicht dargestellten Steuerelektronik führen.

Der Drehteller 2 verfügt über eine runde Grundplatte 10, die entlang ihrem Umfang mit einem hochgezogenen Rand 11 versehen ist. Der Rand 11 hat eine Höhe von etwa einem bis zu drei Zentimeter. Die durch den Dreh­ teller 2 mit dem Rand 11 gebildete flache Wanne ist mit einer Abschreckflüssigkeit 12 gefüllt. Sie bildet ein kon­ stantes Flüssigkeitsniveau auf dem Drehteller 2.

Der Drehteller 2 verfügt in einem vorbestimmten Ab­ stand von seiner Drehachse 3 über die Grundplatte 10 durchquerende Bohrungen 13. Die Bohrungen 13 sind in einem regelmäßigen Winkelabstand bezüglich der Drehachse 3 angeordnet, welche in der Draufsicht der Fig. 2 zu erkennen sind.

In die Bohrungen 13 sind Werkstückhalterungen 14 eingesetzt. In der in der Fig. 1 dargestellten Werkstück­ halterung 14 ist ein zu bearbeitendes Werkstück 15 ein­ gespannt, dessen spezielle Form in der Seitenansicht kegelförmig ist. Ein Forminduktor 16 ist im Koppelab­ stand zu dem Werkstück 15 angeordnet. Der Formin­ duktor 16 geht in einen röhrenförmigen Induktorhals 17 über. Um den Forminduktor 16 und um die Werkstück­ halterung 14 mit dem Werkstück 15 ist ein Innenmantel 18 angeordnet, der im wesentlichen aus einer Innenman­ telseitenwand 19 besteht, die an ihrem oberen Ende in eine Innendeckelplatte 20 übergeht, die den Induktor­ hals 17 dicht umgibt und an ihm befestigt ist. Die Innen­ mantelseitenwand 19 taucht an ihrem anderen Ende in die Abschreckflüssigkeit 12 ein. Dadurch wird eine ab­ geschlossene Innenkammer 21 gebildet.

Der Induktorhals 17 und der Innenmantel 18 sind mit einem Außenmantel 22 umgeben, der an dem Grundge­ stell 1 befestigt ist. Der Außenmantel 22 besteht im wesentlichen aus zwei parallel zueinander verlaufenden Außenmantelseitenwänden 23 und 24, die an ihren unte­ ren Ende in die Abschreckflüssigkeit 12 eintauchen, und einer Deckplatte 101, die über eine Einlaßöffnung 102 verfügt, die den Induktorhals 17 dicht umgibt. Dadurch wird eine im Querschnitt abgeschlossene Außenkam­ mer 25 gebildet.

Der röhrenförmige Induktorhals 17 ist durch die Ein­ laßöffnung 102 des Außenmantels 22 gasdicht, aber hö­ henverschieblich hindurchgeführt. Der Induktorhals 17 ist mechanisch mit einer Induktorhalterung 26 verbun­ den. Die elektrische Verbindung des Induktorhalses 17 zu einem Anpaßtransformator ist zur Übersichtlichkeit nicht gezeichnet. Auf den röhrenförmigen Induktorhals 17 ist ein Gasanschlußadapter 27 aufgesetzt, der den Induktorhals 17 dicht verschließt.

Die Induktorhalterung 26 und damit der Forminduk­ tor 16 sind mit Hilfe einer durch einen Vertikalantriebs­ motor 28 angetriebenen Spindel 29 gegenüber dem Grundgestell 1 und damit dem Werkstuck 16 höhenverschiebbar. Die Antriebsleitungen 30 des Vertikalan­ triebsmotor 28 sind mit einer in der Fig. 1 nicht darge­ stellten Versorgungs- und Steuerelektronik verbunden. Die Verschiebung der Induktorhalterung 26 führt den Forminduktor 16 in den Koppelabstand zu dem zu bear­ beitenden Werkstück 15.

Die Außenkammer 26 weist eine Gaseinlaßöffnung 31 auf, die über eine erste Gasleitung 32 mit einem Grobregelgasventil 33 verbunden ist Grobventilsteuer­ leitungen 34 führen zu der in der Fig. 1 nicht dargestell­ ten Steuerelektronik.

Der Gasanschlußadapter 27 der Innenkammer 21 ist über eine zweite Gasleitung 35 mit einem Feinregelgas­ ventil 36 verbunden. Feinventilsteuerleitungen 37 füh­ ren zu der in der Fig. 1 nicht dargestellten Steuerelek­ tronik. Der Gasanschlußadapter 27 kann zusätzlich eine elektrische Heizung beinhalten, die das in die Innen­ kammer 21 geleitete Inertgas beim Durchlaufen des Gasanschlußadapters 27 aufheizt. Das in die Innenkam­ mer 21 geleitete Gas wird auf 80° bis 160° Celsius vor­ geheizt.

Das Grobregelgasventil 33 und das Feinregelgasven­ til 36 sind über eine Verbindungsleitung 38 mit einem in der Fig. 1 nicht dargestellten Gasreservoir für Inertgas verbunden. Das Inertgas ist vorzugsweise Stickstoff.

Die Fig. 2 zeigt die Härtevorrichtung zum induktiven Randschichthärten im Taktbetrieb gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht. Mit in der Fig. 1 übereinstimmenden Merkmale tragen gleiche Be­ zugszeichen.

In der Fig. 2 ist deutlich der um die Drehachse 3 dreh­ bar gelagerte, kreisrunde Drehteller 2 mit dem hochge­ zogenen Rand 11 zu erkennen. Der Drehteller 2 ist mit der Abschreckflüssigkeit 12 gefüllt. Weiterhin zeigt die Fig. 2 deutlicher, daß der Drehteller 2 über eine Vielzahl von Bohrungen 13 verfügt, in die die Werkstück­ halterungen 14 eingelassen sind. Der Übersichtlichkeit wegen sind in der Fig. 2 keine Werkstücke 15 einge­ zeichnet. Die Härtevorrichtung hat einen Wechselbe­ reich 39 und einen Arbeitsbereich 40.

Im Wechselbereich 39 werden die zu bearbeitenden Werkstücke durch eine in der Fig. 2 nicht dargestellten Wechselmaschine in die Werkstückhalterungen 14 des Drehtellers 2 eingesetzt und nach der Bearbeitung dem Drehteller 2 wieder entnommen. Alternativ dazu kön­ nen ein oder mehrere Personen die Werkstücke 15 der Härtevorrichtung zuführen oder ihr entnehmen.

Im Arbeitsbereich 40 werden die Werkstücke 15 in zwei Arbeitsstationen 46 und 47 wärmebehandelt. Der Arbeitsbereich 40 verfügt über die Außenkammer 25, deren Außenmantelseitenwände 23 und 24 in die Ab­ schreckflüssigkeit 12 eintauchen, so daß die Außenkam­ mer 25 seitlich auch bei einem sich drehenden Drehtel­ ler 2 zum Drehteller 2 hin abgedichtet ist. Auf ihrer von dem Drehteller 2 wegweisenden Seite ist die Außen­ kammer 25 durch eine in der Fig. 1 dargestellte Deck­ platte 101 abgeschlossen. In der Deckplatte 101 sind in kleinem radialen Abstand zu den Längsachsen der Forminduktoren 16 zwei Gaseinlaßöffnungen 31 ange­ ordnet, von denen in der Fig. 1 nur eine erkennbar ist. Die Gaseinlaßöffnungen 31 sind über erste Gasleitun­ gen 32 mit dem jeweils zugeordneten Grobregelgasven­ til 33 verbunden.

Die Außenmantelseitenwände 23 und 24 sind entlang eines Kreissegmentes des Drehtellers 2 konzentrisch zueinander angeordnet. Die radiale Verbindung der in­ neren Außenmantelseitenwand 23 mit der äußeren Au­ ßenmantelseitenwand 24 ist jeweils durch einen laminar fließenden Flüssigkeitsvorhang 41 bzw. 42 luftdicht ab­ gedichtet, so daß die Außenkammer 25 gegenüber der sie umgebenden Raumluft abgeschlossen ist.

Der Flüssigkeitsvorhang 41 bzw. 42 wird aus Düsen 43 gespeist, deren Anordnung in Zusammenhang mit der Fig. 3 näher erläutert wird. Die Düsen 43 werden jeweils über zugeordnete Rohrleitungen 44 gespeist. Der Flüssigkeitsdurchfluß durch die Düsen 48 wird durch Vorhangsteuerventile 45 gesteuert. Die Flüssig­ keitsvorhänge 41 und 42 werden vorzugsweise aus der Abschreckflüssigkeit 12 gespeist.

Die gestrichelt gezeichneten kreisförmigen Innenmantelseitenwände 19 sind fest mit dem jeweiligen In­ duktorhals 17 der beiden Arbeitsstationen 46 und 47 verbunden. Sie bilden mit der nicht dargestellten, mit dem Induktorhals 17 verbundenen Innendeckelplatte 20 den Innenmantel 18, der wie der Außenmantel 25 in die Abschreckflüssigkeit 12 eintaucht um die so gebildete Innenkammer 21 luftdicht abzudichten.

In der Außenkammer 25 ist weiterhin eine Ab­ schreckbrause 48 angeordnet, die durch eine Ab­ schreckrohrleitung 49 mit der Abschreckflüssigkeit 12 gespeist wird. Vorzugsweise besteht die Abschreckflüs­ sigkeit 12 aus Wasser oder aus Polymerlösungen auf Wasserbasis. Es können auch Öle verwendet werden. Die Auslaßöffnungen der Abschreckbrause 48 sind in Richtung der Arbeitsstationen 46 ausgerichtet. Das Austreten der Abschreckflüssigkeit 12 ist über ein Ab­ schrecksteuerventil 50 steuerbar.

Die Abschreckflüssigkeit 12 fließt infolge der Schwer­ kraft von dem Werkstück 15 auf die Grundplatte 10 und erhöht das sich auf dem Drehteller 2 befindliche Flüssig­ keitsniveau. Auch die Flüssigkeitsvorhänge 41 und 42 bilden einen Zufluß zu der sich auf dem Drehteller 2 stauenden Flüssigkeit. Das Niveau der Abschreckflüs­ sigkeit 12 bleibt konstant, da Abschreckflüssigkeit 12 entweder über den Rand 11 hinaus- und abfließt, bzw. durch horizontal verlaufende Einschnitte in den Rand 11 ein niedrigeres Flüssigkeitsniveau vorgegeben ist. Die abfließende Abschreckflüssigkeit 12 wird gefiltert, vor­ zugsweise in einem in der Zeichnung nicht darge­ stellten Behälter gesammelt, und wieder der Ab­ schreckbrause 48 bzw. den Flüssigkeitsvorhängen 41 und 42 zugeführt.

In der Außenkammer 25 können ein oder mehrere Ventilatoren 51 angeordnet sein. Die Ventilatoren 51 in der Gestalt von Querstromlüftern verwirbeln die Atmo­ sphäre innerhalb der Außenkammer 25 und sorgen wir­ kungsvoll für geringe Spülzeiten.

Zu Beginn des Härtebetriebes sind die Vorhangsteu­ erventile 45 geschlossen und die Grobregelgasventile 33 geöffnet. In einem ersten Spülschritt spült Inert- oder Formiergas das Raumvolumen der Außenkammer 25. Dies wird wirkungsvoll durch die Ventilatoren 51 unter­ stützt.

In einem zweiten Spülschritt ist einer der beiden Flüs­ sigkeitsvorhänge 41 oder 42 eingeschaltet, indem das zugeordnete Vorhangsteuerventil 45 geöffnet wird. Ge­ gebenenfalls ist der Volumenstrom an Inertgas durch teilweises Schließen der Grobregelgasventile 33 ver­ mindert. Dadurch kann in einfacher Weise der Sauer­ stoffgehalt in der Außenkammer 25 auf ungefähr 0,5 bis 5 Prozent des Normalgehaltes reduziert werden.

Alternativ zu diesem einfachen zweiten Spülschritt 40 kann durch wechselweises Schalten der Flüssigkeitsvor­ hänge 41 bzw. 42 ein gerichteter Gasstrom in der Au­ ßenkammer 25 erzeugt werden, wodurch die Spülzeit noch einmal herabgesetzt wird.

In einem Expansionsschritt verschließen beide Flüs­ sigkeitsvorhänge 41 und 42 die Außenkammer und das durch die Gaseinlaßöffnungen 31 in die Außenkammer 25 geführte Inertgas drückt die Flüssigkeitsvorhänge 41 und 42 in ihre Dauerbetriebsform, die in Fig. 3 zu erken­ nen ist.

Die so vorbereitete Härtevorrichtung arbeitet im Taktbetrieb. Der Drehtellerantriebsmotor 8 dreht den Drehteller 2 in Richtung des Pfeils 52 in einem Bewe­ gungstaktschritt um einen vorbestimmten Winkel. Da­ bei tritt in dem Zufuhrbewegungstaktschritt ein zu be­ arbeitendes Werkstück durch den ersten Flüssigkeits­ vorhang 41 in die Außenkammer 25 ein und wird zu der Arbeitsstation 46 geführt.

In einem Einführungsschritt senkt der Vertikalan­ triebsmotor 28 den Induktorhals 17 mit dem Innenman­ tel 18 und dem Forminduktor 16 in der Einlaßöffnung 102 der Deckplatte 101 des Außenmantels 25 ab.

Dadurch wird das kleinere Raumvolumen der Innen­ kammer 21 gebildet, das durch einen Inertgasstoß durch den Gasanschlußadapter 27 durch den Induktorhals 17 gespült wird. Der durch das Feinregelgasventil 36 ge­ steuerte Inertgasstrom gelangt in unmittelbare Nähe des Forminduktors 16 und senkt den Sauerstoffgehalt in der Innenkammer 21 auf unter 0,1 Prozent des normalen Sauerstoffgehaltes der Raumluft.

Alternativ kann auch ohne die Innenkammer 21 ge­ härtet werden. Dann muß durch eine direkte Begasung des Werkstückes 15 mit Inertgas in dem folgenden Här­ teschritt der Restsauerstoffgehalt unter 0,25 Prozent vermindert werden.

In dem erörterten Härteschritt wird dem Forminduk­ tor 16 HF-Leistung zugeführt, so daß sich die Oberfläche und angrenzende Randflächen des zu bear­ beitenden Werkstückes ohne Zunderbildung stark in­ duktiv erwärmen.

In einem Abschreckschritt wird der Forminduktor 16 mit dem Innenmantel 18 in seine Ausgangsposition zu­ rückgefahren und das Werkstück 15 mit Hilfe der Ab­ schreckbrause 48 abgekühlt. Die Abschreckbrause 48 kann auch innerhalb des Innenmantels 18 integriert werden.

Das Werkstück 15 erreicht in diesem Ausführungs­ beispiel im Anlaßschritt die weitere Arbeitsstation 47, an der es nach gleichem Ablauf wie dem oben erörter­ ten induktiv angelassen wird.

In dem nächsten Bewegungstaktschritt wird das bear­ beitete Werkstück 15 durch den zweiten Flüssigkeits­ vorhang 42 aus der Außenkammer 25 bewegt und ge­ langt aus dem Arbeitsbereich 40 in den Wechselbereich 39.

Die Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt einer Vorrichtung zum induktiven Randschichthärten im Taktbetrieb ge­ mäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Seiten­ ansicht. Mit in der Fig. 1 bzw. 2 übereinstimmenden Merkmale tragen gleiche Bezugszeichen.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte runde Anordnung des Arbeitsbereiches 40 und des Wechselbereiches 39 ist im zweiten Ausführungsbeispiel in einer gestreckten Ausführung realisiert. In der vereinfachten Darstellung einer Längstakt-Härtevorrichtung in der Fig. 3 ist nur die hintere Außenmantelseitenwand 24 gezeichnet, während die Arbeitsstationen 46 und 47 nicht gezeich­ net sind. Sie befinden sich in der Nähe der räumlichen Mitte der hinteren Außenmantelseitenwand 24.

Die Düsen 43 sind sehr deutlich zu erkennen. In einem weiteren Unterschied zu dem ersten Ausführungsbei­ spiel sind für die Eintrittsseite und die Austrittsseite der Werkstücke aus der Außenkammer 25 jeweils zwei Dü­ sen 43 vorgesehen. Die Abschreckflüssigkeit 12, die aus den äußeren Düsen 43 heraustritt, bildet die äußeren Flüssigkeitsvorhänge 41 und 42. Die Abschreckflüssig­ keit 12, die aus den inneren Düsen 43 heraustritt, bildet die inneren Flüssigkeitsvorhänge 61 und 62. Zwischen den äußeren Flüssigkeitsvorhängen 41 bzw. 42 und den inneren Flüssigkeitsvorhängen 61 bzw. 62 entstehen Schleusenkammern 62 bzw. 64.

Dadurch können Werkstücke, die nicht mit der Ab­ schreckflüssigkeit 12 in Berührung kommen dürfen, oh­ ne einen größeren Lufteinbruch trocken zu den Arbeits­ stationen 46 und 47 bewegungsgetaktet werden. Der äußere Flüssigkeitsvorhang 41 wird abgeschaltet, wenn ein zu bearbeitendes Werkstück 15 entlang des Pfeils 52 in den Arbeitsbereich 40 getaktet wird. Nach seiner Be­ wegung in die Schleusenkammer 63 wird der äußere Flüssigkeitsvorhang 41 angeschaltet und der innere Flüssigkeitsvorhang 61 ausgeschaltet. Danach wird das Werkstück 15 zu der Arbeitsstation 46 oder 47 getaktet und der innere Flüssigkeitsvorhang 61 angeschaltet.

Durch dosierte Inertgasstöße oder konstante Volu­ menströme an Inertgas in die Schleusenkammer 63 und die Außenkammer 25 wird der Sauerstoffgehalt in der Schleusenkammer 63 und der Außenkammer 25 verrin­ gert. Nach Härtung des Werkstückes kann dieses ana­ log durch die andere Schleusenkammer 64 trocken aus dem Arbeitsbereich 40 herausbewegt werden.

Durch verschiedene Intensitäten der Volumenströme an Inertgas in die Schleusenkammern 63 und 64, in die Außenkammer 25 und in die unmittelbare Nähe des Werkstückes 15, sowie unter Umständen innerhalb der Innenkammer 21, kann ein Inertgas sparendes Sauer­ stoffgehaltsgefälle errichtet werden. Dies kann auch beim Taktbetrieb mit Hindurchtreten des Werkstückes 15 durch die Flüssigkeitsvorhänge 41, 42, 61 und 62 ein­ gesetzt werden.

In unmittelbarer Nähe des zu bearbeitenden Werk­ stückes sollten 0,1 Prozent Sauerstoffgehalt bezüglich des Sauerstoffgehalts in der Normalluft nicht über­ schritten werden. In der Außenkammer 25 sind dann 0,5 bis 5 Prozent Sauerstoffgehalt möglich. In den Schleu­ senkammern 63 und 64 darf der Sauerstoffgehalt noch einmal höher liegen. Diese Abstufung des Sauerstoffge­ halts kann durch einen stetigen Inertgasvolumenstrom in der Nähe der Arbeitsstationen 46 und 47 erzeugt werden. Ventilatoren 51 tragen durch die turbulente Verwirbelung der Gasatmosphäre in der Außenkammer 25 zu einer schnellen Verteilung des zugeführten Inert­ gases bei.

Die Düsen 43 sind Schlitzlochdüsen in Lanzenform. Sie bilden über die Breite der Deckplatte 101 einen Spalt von ungefähr 0,4 bis 0,5 Millimeter Breite, aus dem 0,3 bis 0,4 Liter Abschreckflüssigkeit 12 pro Minute und pro Zentimeter Breite der Düse 43 ausströmt.

Der Auslaufwinkel α (Alpha) und damit die Orientie­ rung des Spaltes der Düse 43 beträgt 5° bis 10° bezüg­ lich der Richtung der Schwerkraft in Richtung des Inne­ ren der Außenkammer 25. Innerhalb der Außenkammer 25 herrscht durch die Zuführung des Inertgases ein Überdruck von 0,01 bis 0,1 Bar. Dadurch wird der ur­ sprüngliche Auslaufwinkel α der Abschreckflüssigkeit 12 über die Richtung der Schwerkraft hinaus in einen vom Inneren der Außenkammer 25 wegweisenden durchschnittlichen Auslassungswinkel β gedrückt. Der Auslassungswinkel β (Beta) beträgt ungefähr zwischen 8° und 15°.

Der räumliche Abstand zwischen den inneren Flüssig­ keitsvorhängen 61 bzw. 62 und den jeweiligen äußeren Flüssigkeitsvorhängen 41 bzw. 42 beträgt je nach Größe der hindurchzutaktenden Werkstücke 15 bis zu einigen Dezimetern.

Die Außenmantelseitenwände 23 bzw. 24 sind tra­ pezförmig, wobei die Kanten 65 derart gestaltet sind, daß die seitlichen Enden der äußeren Flüssigkeitsvor­ hänge 41 und 42 in jedem Betriebszustand die Außen­ mantelseitenwände 23 bzw. 24 berühren, damit der Flüs­ sigkeitsfilm der Flüssigkeitsvorhänge 41 und 42 nicht unterbrochen wird.

Die Fig. 4 zeigt die Vorrichtung zum induktiven Randschichthärten im Taktbetrieb gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einer vereinfachten Draufsicht.

Neben den Außenmantelseitenwänden 23 und 24 sind unterhalb der Deckplatte 101 die Düsen 43 zu erkennen. Diese sind über einzeln schaltbare Vorhangsteuerventi­ le 45 sowie Rohrleitungen 44 mit einem in der Fig. 4 nicht dargestellten Reservoir für die Abschreckflüssig­ keit 12 verbunden. Das Reservoir ist vorzugsweise mit einem Aufhangbehälter für die von dem Taktband her­ ablaufende Abschreckflüssigkeit 12 verbunden.

Die Fig. 5 stellt in einer perspektivischen Ansicht die Innenkammer 21 der Härtevorrichtung dar. Die Induk­ torhalterung 26 geht in den Induktorhals 17 über, an dem der Innenmantel 18 befestigt ist. Der Induktorhals 17 endet in einem kreisförmigen Forminduktor 16. Der Innenmantel 18 verfügt über eine Abschreckrohrleitung 49 und einen Gasanschlußadapter 27. Die Leitungen für das Inertgas beziehungsweise die Abschreckflüssigkeit 12 sind biegsam ausgeführt, so daß der Forminduktor 16 und der Innenmantel 18 zusammen über die Induktor­ halterung 26 höhenverschieblich angeordnet sind.

Bei dem Einführungsschritt im Taktbetrieb, bei dem der Forminduktor 16 in den Koppelabstand zu dem Werkstück 15 geführt wird, taucht die untere Mantel­ kante 66 in die Abschreckflüssigkeit 12 ein und dichtet die Innenkammer 21 gegenüber der Außenkammer 25 ab, die selber wiederum durch die Unterkanten der Au­ ßenmantelseitenwände 23 und 24 gegenüber der Raum­ luft abgedichtet ist.

Die Fig. 6 stellt eine perspektivische Ansicht einer Weiterbildung der Innenkammer 21 der Härtevorrich­ tung dar. Die Induktorhalterung 26 geht in den kurzen Induktorhals 17 über. An der Induktorhalterung 26 ist der Innenmantel 18 befestigt. Der Induktorhals 17 endet in einem geneigten halbkreisförmigen Forminduktor 16. Der Innenmantel 18 verfügt über eine Abschreckrohr­ leitung 49 und einen Gasanschlußadapter 27.

Die Leitungen für das Inertgas beziehungsweise die Abschreckflüssigkeit sind biegsam ausgeführt, so daß der Forminduktor 16 und der Innenmantel 18 über die Induktorhalterung 26 sowohl höhen- als auch seitenver­ schieblich angeordnet sind. Dabei kann auch die ge­ trennte Bewegung von dem Forminduktor 16 und dem Innenmantel 21 vorgesehen sein. Bei dem Einführungs­ schritt im Taktbetrieb wird das Werkstück 15 durch die Konturöffnung 67 in die Innenkammer 21 eingebracht und anschließend der Forminduktor 16 in den Koppel­ abstand zu dem Werkstück 15 geführt. Dabei taucht die untere Mantelkante 66 in die Abschreckflüssigkeit 12 ein und dichtet die Innenkammer 21 gegenüber der Au­ ßenkammer 25 ab. Ein Inertgasstrom in der Nähe der Konturöffnung 67 kann ein Eindringen der Atmosphäre der Außenkammer 25 unterdrücken.

Claims (22)

1. Vorrichtung zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke (15) mit einer Werkstückhalte- und -fördereinrichtung (10), mit einer eine Gasatmo­ sphäre enthaltende Durchlaufkammer (25), die über zwei sich gegenüberliegende Seitenwände (23, 24) und eine Deckenwand (101) verfügt, und mit Gaseinströmöffnungen (27, 31), die in der Durch­ laufkammer (25) angeordnet sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Seitenwände (23, 24) an ih­ rem unteren Endbereich in die mit einer Ab­ schreckflüssigkeit (12) füllbaren Werkstückhalte- und -fördereinrichtung (10) eintauchen, daß zwi­ schen den Seitenwänden (23, 24) jeweils eine Dü­ senanordnung (43) zur Erzeugung eines laminaren Flüssigkeitsvorhanges (41, 42, 61, 62) vorgesehen ist, daß in der Durchlaufkammer (25) mindestens eine Arbeitsstation (46, 47) mit einem Induktor (16) vor­ gesehen ist und daß durch die Gaseinströmöffnun­ gen (27, 31) ein Inertgas zur Bildung der Gasatmo­ sphäre in die Durchlaufkammer (25) leitbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Steuerelektronik vorgesehen ist, die zur Steuerung des Gases für die Gasatmosphä­ re in der Durchlaufkammer (25) zuerst Grobregel­ gasventile (33) öffnet, so daß das in einem Reservoir gespeicherte Inertgas durch die Durchlaufkammer­ gaseinströmöffnungen (31) in die Durchlaufkam­ mer (25) strömt, während die Flüssigkeitsvorhänge (41, 42, 61, 62) durch Vorhangsteuerventile (45) ab­ geschaltet sind, anschließend die Grobregelgasven­ tile (33) ein wenig schließt, während die auf einer Seite befindlichen Flüssigkeitsvorhänge (41, 61) durch die zugeordneten Vorhangsteuerventile (45) eingeschaltet sind, und schließlich die Grobregel­ gasventile (33) noch weiter schließt, während alle Flüssigkeitsvorhänge (41, 42, 61, 62) angeschaltet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während des Härteprozesses Inert­ gasstöße über die induktornahen Einströmöffnun­ gen (27) in die Nähe des in Bearbeitung befindli­ chen Werkstückes (15) durch Feinregelgasventile (36) leitbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Härtebetrieb in unmittelbarer räumlicher Nähe des zu bearbeitenden Werkstüc­ kes (15) der Sauerstoffgehalt kleiner als 0,25 Pro­ zent des Sauerstoffgehalts der Normalluft einhalt­ bar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffgehalt in der Durchlaufkammer (25) auf ungefähr 0,5 bis 5 Prozent des Sauerstoffgehaltes in Normalluft redu­ zierbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Innenmantel (18) um den Forminduktor (16) angeordnet ist und die induktornahen Einströmöffnungen (27) in eine durch den Innenmantel (18) gebildete Innenkam­ mer (21) münden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das in die Innenkammer (21) geleitete Inertgas auf 80° bis 160° Celsius vorgeheizt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschreckbrau­ se (48) in der Innenkammer (21) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel (18) und der Induktor (16) gegenüber dem Werkstück (15) getrennt verschiebbar sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer und die Intensität der Inertgasvolumenströme zur Senkung des Sauerstoffgehalts im von der Durchlaufkam­ mer (25) umfaßten Raumvolumen durch eine Abso­ lutmessung des Sauerstoffgehalts der Gasatmo­ sphäre in unmittelbarem räumlichen Abstand von dem Werkstück (15) bestimmbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer und die Intensität der Inertgasvolumenströme zur Senkung des Sauerstoffgehalts im von der Durchlaufkam­ mer (25) umfaßten Raumvolumen durch eine opti­ sche Farberkennung der zuletzt gehärteten Werk­ stücke (15) bestimmbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer und die Intensität der Inertgasvolumenströme zur Senkung des Sauerstoffgehalts im von der Durchlaufkam­ mer (25) umfaßten Raumvolumen vorherbestimmt und fest eingestellt wird.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaufkam­ mer (25) gegenüber der Umgebung durch einen stetigen Inertgasstrom unter einem Überdruck von 0,01 bis 0,1 Bar gehalten wird.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder durch Flüs­ sigkeitsvorhänge (41, 42, 31, 52) verschlossenen Seite der Durchlaufkammer (25) genau jeweils ein äußerer Flüssigkeitsvorhang (41 bzw. 42) und ein innerer Flüssigkeitsvorhang (61 bzw. 62) vorgese­ hen ist, wobei die Steuerelektronik die inneren (61, 62) und äußeren (41, 42) Flüssigkeitsvorhänge der­ art steuert, daß von einem Paar von innerem und äußerem Flüssigkeitsvorhang (41, 61 bzw. 42, 62) jeweils mindestens einer angeschaltet ist und daß das Werkstück (15) ohne Flüssigkeitsberührung in bzw. aus der Durchlaufkammer (25) taktbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschreckbrau­ se (48) in der Durchlaufkammer (25) vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Venti­ lator (51) im Raumvolumen der Durchlaufkammer (25) vorgesehen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der mindestens eine Ventilator (51) ein Querstromlüfter ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsvor­ hänge (41, 42, 61, 62) aus Schlitzlochdüsen (43) aus­ treten, die eine Lanzenform aufweisen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der die Schlitzlochdüsen (43) bil­ dende Spalt eine Breite von 0,4 bis 0,5 Millimeter aufweist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß 0,4 bis 0,5 Liter Abschreckflüssigkeit (12) pro Zentimeter Breite der Schlitzlochdüse (43) austreten.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaufwinkel (α) der Flüssigkeitsvorhänge (41, 42, 61, 62) zwi­ schen 5° und 10° bezüglich der Schwerkraft in Richtung des Innern der Durchlaufkammer (25) be­ trägt.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslassungs­ winkel (β) der Flüssigkeitsvorhänge (41, 42, 61, 62) zwischen 8° und 15° bezüglich der Schwerkraft in von dem Innern der Durchlaufkammer (25) weg­ weisender Richtung beträgt.