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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Wärmebe
handeln metallischer Werkstücke,
bei dem die Werkstücke
in mindestens einer Behandlungskammer einem Behandlungsmedium ausgesetzt
werden, ein Parameter des Werkstücks
gemessen und das Behandlungsmedium in Abhängigkeit von dem gemessenen
Parameter eingestellt wird, wobei der gemessene Parameter über eine
Kabelverbindung mit mechanischen Verbindungselementen zu einem raumfesten
Punkt übertragen
wird.
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Die Erfindung betrifft ferner eine
Vorrichtung zum Wärmebehandeln
metallischer Werkstücke
in minde stens einer Behandlungskammer, mit einem Regler zum Einstellen
eines Behandlungsmediums in der mindestens einen Behandlungskammer,
mit einem an den Regler angeschlossenen Sensor zum Erfassen eines
Parameters des Werkstücks,
und mit einem vom Regler gesteuerten Stellglied zum Beeinflussen
des Behandlungsmediums, wobei der Sensor über eine Kabelverbindung mit
mechanischen Verbindungselementen mit einem raumfesten Punkt der Vorrichtung
verbunden ist.
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Verfahren und Vorrichtungen der vorstehend ge
nannten Art sind allgemein bekannt.
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Wärmebehandlungsanlagen
herkömmlicher Art
sind als Einkammeranlagen oder auch als Zwei- oder Mehr kammeranlagen
ausgebildet.
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In Wärmebehandlungsanlagen werden Chargen
un terschiedlichster Art behandelt. Die Chargen unterscheiden sich
dabei nach Abmessungen, Gewicht, Oberfläche und mechanischer Ausgestaltung.
Man muß daher
zur Erreichung eines optimalen Behandlungsergebnisses die einzustellenden Parameter
der Wärmebehandlungsanlage
in der Regel empirisch ermitteln, indem man zur Optimierung der
Einstellung eine oder mehrere Referenzchargen oder Probechargen
mit variierten Parametern behandelt.
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Bei derartigen bekannten Anlagen
können die
Char gen nur dadurch aufgeheizt oder abgekühlt werden, daß man die
Temperatur in der Atmosphäre der
Behandlungskammer mißt
und entsprechend nachregelt. Aus Erfahrungswerten oder überschlägigen Berechnungen
wird dabei die Temperatur in ihrem zeitlichen Verlauf vorgegeben,
zum Beispiel in Stufen.
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Obwohl es auch bekannt ist, beim
Aufheizen oder Abkühlen
mit Sensoren in der Behandlungsatmosphäre der Behandlungskammer zu
arbeiten, wird in der Praxis das Verfahren der Zeitsteuerung meist vorgezogen.
Hierbei stellt man üblicherweise
Zeitreserven ein, weil eine Unterbehandlung kritischer ist als eine Überbehandlung.
Dies führt
jedoch zu Zeitverlusten und damit Kostenerhöhungen.
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Aus diesem Grunde ist für Einkammeröfen ein
Ver fahren bekannt, bei dem Werkstücke in der einen Behandlungskammer
mit einem Thermoelement bestückt
werden. Der Thermodraht des Thermoelementes wird dabei durch die
Tür der
Kammer hindurchgeführt
und an einem raumfesten Punkt angeschlossen.
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Bei Zwei- bzw. Mehrkammeranlagen
können die
einzelnen Kammern durch druck- und/oder vakuumdichte Schleusen voneinander
getrennt werden.
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Es ist daher nicht möglich, entsprechend dem
erwähnten
bekannten Verfahren mit Chargensteuerung mittels Thermoelementen
in Einkammeröfen
Wärmebehandlungsanlagen
zu konzipieren, bei denen die Werkstücke nacheinander mehrere Behandlungskammern
durchlaufen.
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Der Grund dafür liegt darin, daß die Chargen zwi
schen den Kammern für
die Wärmebehandlung verfahren
werden müssen,
die Kammern jedoch durch die genannten Schleusen vollständig voneinander
getrennt sind.
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Auch ein manuelles Umstecken der
Verbindungselemente kommt bei derartigen Zwei- oder Mehrkammeranlagen
nicht in Betracht, weil mindestens eine der Kammern sich auf hoher
Temperatur befindet und es nicht oder nur mit großen Schwierigkeiten
möglich
ist, an der auf hoher Temperatur befindlichen Kammer mit Verbindungselementen
zu manipulieren.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die
Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art dahingehend weiterzubilden, das auch bei Zwei- und
Mehrkammerbehandlungsanlagen die erforderlichen Stellwerte präzise eingestellt
werden können,
so daß innerhalb
kürzest möglicher
Zeit ein optimales Wärmebehandlungsergebnis
erreicht wird, ohne daß hierfür ein übermäßig hoher
Bestückungsaufwand
erforderlich ist.
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Bei dem Verfahren der eingangs genannten Art
wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Werkstücke mittels
einer Verfahreinrichtung in der mindestens einen Behandlungskammer
verfahren wer den und daß die
Verbindungselemente nur durch die Verfahreinrichtung zusammengebracht
werden.
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Bei der Vorrichtung der eingangs
genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Werkstücke mittels
einer Verfahreinrichtung in der Vorrichtung verfahrbar sind, und
daß die Verbindungselemente
durch die Verfahreinrichtung zusammenbringbar sind.
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Die der Erfindung zugrundeliegende
Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik
bei Einkammeranlagen werden nämlich
erfindungsgemäß die erforderlichen
Verbindungen mittels der Verbindungselemente vollautomatisch hergestellt.
Hierzu werden die erforderlichen Bewegungen durch die ohnehin vorhandene
und in der Regel numerisch gesteuerte Verfahreinrichtung hergestellt.
Bei automatisch bestückten
Einkammeranlagen, insbesondere aber bei automatisch bestückten Zwei-
und Mehrkammeranlagen kann auf diese Weise die Messung des Parameters
an den Werkstücken
selbst ohne übermäßigen Handhabungsaufwand
vorgenommen werden. Dies gilt sowohl für Atmosphärenöfen wie auch für Vakuumanlagen
und ermöglicht
eine Vielzahl neuer Behandlungsmethoden auf wirtschaftlicher Basis.
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Unter "Zusammenbringen" der Verbindungselemente soll im vorliegenden
Zusammenhang verstanden werden, daß die Verbindungselemente mindestens
nebeneinander angeordnet werden. Vorzugsweise werden die Verbindungselemente
zugleich zusammengesteckt und dabei auch die elektrischen Kontakte
geschlossen. Es ist jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung
auch möglich,
mittels der Verfahreinrichtung die Verbindungselemente nur unmittelbar
nebeneinander anzuordnen und den eigentlichen elektrischen Kontaktschluß dann durch Servoeinrichtungen
zu bewirken
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist der Parameter die Temperatur des Werkstückes. Erfindungsgemäß wird hierzu
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ein Thermoelement zum Messen der Temperatur des Werkstückes eingesetzt.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß einerseits
einer der wichtigsten Parameter bei der Wärmebehandlung metallischer
Werkstücke
erfaßt
wird andererseits aber bei Kenntnis dieses Parameters die übrigen Parameter
der Wärmebehandlung,
soweit sie am Werkstück
meßbar
sind, in einfacher Weise abgeleitet werden können. Ferner ist es möglich, statt oder
neben der Temperatur auch andere physikalische und/oder chemische
Parameter des Werkstücks
zu erfassen, beispielsweise die elektrische Leitfähigkeit,
die Permeabilität
usw.
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Besonders bevorzugt ist, wenn der
raumfeste Punkt außerhalb
der Behandlungskammer liegt
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die in der
Re gel anfälligeren
Verbindungsmittel bzw. die Kontaktflächen an mechanischen Kontakten
nicht den hohen Behandlungstemperaturen und den chemisch aktiven
Behandlungsatmosphären
ausgesetzt werden müssen,
weil sich diese Verbindungsmittel außerhalb der Behandlungskammer
befinden.
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Hierzu ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bevorzugt, wenn der Sensor über
ein Kabel mit einem ersten Verbindungselement dauerhaft verbunden
ist und das erste Verbindungselement in einer ersten Verfahrachse
der Verfahreinheit mit einem zweiten Verbindungselement mechanisch
verbindbar ist, wobei das zweite Verbindungselement sich an einem
raumfesten Punkt befindet.
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Diese Maßnahmen haben den Vorteil,
daß durch
Verfahren des Werkstückes
entlang nur einer einzigen Achse der Verfahreinheit die erforderliche Verbindung
hergestellt werden kann.
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Bei einer Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels
sind die Werkstücke
auf einer mittels der Verfahreinrichtung verfahrbaren Halterung
angeordnet und das erste Verbindungselement ist in einer zweiten
Verfahrachse der Verfahreinheit mit einem an der Halterung angeordneten
dritten Verbindungselement mechanisch verbindbar.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß beim Beschicken
der Wärmebehandlungsanlage
zunächst eine
zuverlässige
mechanische Verbindung der Verbindungselemente an der Halterung
hergestellt werden kann. Das mit dem Thermoelement verbundene Kabel
ist auf diese Weise an beiden Enden gesichert und kann nicht versehentlich
abgerissen oder beschädigt
werden.
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Besonders bevorzugt ist bei diesem
Ausführungsbeispiel
ferner, wenn die Verfahrachsen senkrecht aufeinander stehen
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die mechanischen
Verbindungen zwischen den genannten drei Verbindungselementen unabhängig voneinander
getrennt werden können,
indem die Verfahreinheit einmal entlang der einen Achse und das
andere Mal entlang der anderen Achse verfahren wird. Da die Achsen
senkrecht aufeinander stehen, wird die Verbindung in der jeweils
einen Achse durch das Herstellen oder Lösen der Verbindung in der jeweils anderen
Achse nicht beeinträchtigt
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Man kann daher in besonders bevorzugter Ausgestaltung
der Erfindung das erste Verbindungselement zwar zunächst an
der Halterung der Verfahreinheit einhängen, dann jedoch durch entsprechende
Verfahrbewegungen der Verfahreinheit zugleich mit dem raumfesten
Verbindungselement außerhalb der
Behandlungskammer verbinden und dann das Verbindungselement an der
Halterung wieder abkoppeln und die Halterung zusammen mit der Verfahreinheit
aus der Behandlungskammer entfernen. Als Ergebnis bleibt dann das
Werkstück
(ggf. auf einem Rost) nur über
die Kabelverbindung mit dem außerhalb
der Behandlungskammer angeordneten Verbindungselement verbunden.
Die so hergestellte Verbindung ist auf ein dünnes Kabel beschränkt und
die Verfahreinheit kann aus der Behandlungskammer entfernt werden,
so daß sie
dem Behandlungsmedium in der Behandlungskammer nicht ausgesetzt
zu werden braucht.
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Bevorzugt ist bei dieser Gruppe von
Ausführungsbei
spielen ferner, wenn das erste Verbindungselement beim Verbinden
mit dem weiteren Verbindungselement zugleich mechanisch einen Schalter betätigt.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß beim Herstellen
der Verbindung ein Signal erzeugt wird. Dieses Signal kann entweder
dazu verwendet werden, um die Verfahrbewegung anzuhalten oder den Wärmebehandlungsprozeß zu starten
oder beides.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausbildung der
Erfindung ist mindestens eines der Verbindungselemente beim Verbinden
in einer Richtung senkrecht zur Ver fahrachse des Verbindens gefedert.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß geringfügige Toleranzen
bei der Passung der miteinander in Verbindung kommenden Elemente
ausgeglichen werden können.
Man muß dabei
berücksichtigen,
daß in
Wärmebehandlungsanlagen
von metallischen Werkstücken
Massen bewegt werden, die mehrere einhundert Kilogramm betragen
können,
so daß es
je nach apparativem Aufwand möglich
sein kann, daß die
Anfahrgenauigkeit der Verfahreinrichtung im Bereich von zum Beispiel
mehreren mm liegt Mittels gefederter Verbindungselemente können dann
evtl. Resttoleranzen überbrückt werden.
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Obwohl die Erfindung vielseitig einsetzbar ist,
sind Einsatzfälle
bevorzugt, bei denen die Behandlungskammer eine Ofenkammer oder
eine Abschreckkammer einer Wärmebehandlungsanlage
ist Die Behandlungskammer kann dabei in mindestens einer Ebene abschließbar sein
und zwar vakuumdicht und/oder thermisch. Wie bereits erwähnt, kann die
Kabelverbindung dann durch die thermisch abschließende Ebene
geführt
werden.
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Besonders bevorzugt ist der Einsatz
der Erfindung bei Zwei- und Mehrkammeranlagen.
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Dies gilt insbesondere dann, wenn
die Werkstücke
mittels der Verfahreinrichtung nacheinander in jede der mindestens
zwei Behandlungskammern bringbar sind, wobei in jeder der mindestens
zwei Behandlungskammern die Kabelverbindung mittels der Verfahreinrichtung
hergestellt wird.
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In diesem Falle wird die Charge zunächst mit den
als Schleppelementen ausgestalteten Sensoren bestückt und
zwar noch außerhalb
der Wärmebehandlungsanla
ge. Beim Beladen der Anlage werden die Verbindungselemente an den
Enden der Schleppelemente mit entsprechenden Verbindungselementen
an der Verfahreinrichtung eingehängt
Die Verfahreinrichtung ist entlang mehrerer Koordinatenachsen verfahrbar,
wie dies an sich bekannt ist
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Die Chargen werden nun mittels der
Verfahreinrichtung in die Anlage eingefahren und die Anlage wird
geschlossen. Durch weiteres Verfahren der Verfahreinrichtung innerhalb
der Wärmebehandlungsanlage
werden nun die Verbindungselemente der Schleppelemente ferner an
raumfeste Verbindungselemente eingehängt, die sich vorzugsweise außerhalb
des isolierten Heizraumes oder hinter der Schleuse befinden, die
zum Beispiel einer Heizkammer von einer Ölabkühlkammer trennt
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Wichtig dabei ist, wie bereits erwähnt, daß die mechanische
Verbindung der Verbindungselemente, das Führen und das Zentrieren sowie
vorzugsweise auch das Aus- und Einklinken der Verbindungselemente
alleine mittels der Verfahreinrichtung vorgenommen wird
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Nachdem die Charge beispielsweise
in der Heizkammer abgesetzt wurde und die Kabelverbindung hergestellt
ist, wird die Schleuse zwischen der Heizkammer und der Ölabschreckkammer
geschlossen. Ferner wird die Abschirmtür zum Heizkorb geschlossen,
die entsprechende Ausnehmungen für
die Durchführung
der Schleppelemente aufweist. Der Wärmebehandlungsprozeß kann nun
beginnen.
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Beim Abkühlen mit Schutzgas werden Abschirmblenden
in der Isolation geöffnet
und Gas wird in die Heizkammer eingelassen. Auch Varianten mit Abkühlung in
der Heizkammer oder in einer weiteren speziellen Abkühlkammer
sind bevorzugt einsetzbar. Die Abkühlung wird nun über das
Thermoelement oder die Thermoelemente gesteuert, die auf den Werkstücken angeordnet
sind.
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Nach Behandlungsende werden die Abschirmtüre und die
Schleuse zwischen den Kammern geöffnet
und die Charge mit der Verfahreinrichtung aus der Heizkammer geholt.
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Gleichzeitig mit dieser Bewegung
werden die Verbindungselemente wieder getrennt, wobei die mit den
Schleppelementen verbundenen Verbindungselemente wieder an den Verbindungselementen
der Verfahreinrichtung eingeklinkt und mit der Charge transportiert
werden.
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Beim Entladen der Wärmebehandlungsanlage
werden die Verbindungselemente zwischen den Schleppelementen und
der Verfahreinheit von Hand gelöst
und die Charge kann entnommen werden.
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Die Verbindungselemente können, wie
bereits erwähnt,
in einer Heizkammer und/oder in einer Abschreckkammer, beispielsweise
einem Ölbad,
angeordnet sein. Bei einem Einsatz in einem Ölbad ist es nicht erforderlich,
die Verbindungselemente von der Halterung der Verfahreinrichtung
abzutrennen, weil die Verfahreinrichtung im Ölbad an den Chargen verbleiben
kann. Man kann daher auf diese Weise die Charge im Ölbad temperaturgesteuert
abkühlen.
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Obwohl es prinzipiell erwünscht ist,
die mechanischen Verbindungen zwischen den Verbindungselementen
ausschließlich
durch die Verfahreinheit zu schließen bzw. zu öffnen. versteht
sich, daß auch
servomechanisch unterstützte
Kontakte denkbar sind, beispielsweise durch pneumatische, elektrische,
magnetische oder sonstige Servoeinrichtungen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus
der Beschreibung und der beigefügten
Zeichnung.
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Es versteht sich, daß die vorstehend
genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur
in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen
der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines auf einem Rost befindlichen Werkstücks, das
erfindungsgemäß mit einem
Sensor bestückt
ist;
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2 das
bestückte
Werkstück
gemäß 1, bei dem der Rost auf
einem Rahmen einer Verfahreinrichtung abgesetzt ist;
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3 die
Anordnung gemäß 2 in einer Wärmebehandlungskammer
in einer ersten Arbeitsstellung;
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4 eine
Darstellung, ähnlich 3, jedoch für eine zweite
Arbeitsstellung;
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5 eine
Darstellung, ähnlich 3 oder 4, jedoch für eine dritte Arbeitsstellung;
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6 eine
Seitenansicht, äußerst schematisiert,
auf ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsanlage;
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7 eine
Variante zum Ausführungsbeispiel
gemäß den 1 bis 6;
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8 eine
Seitenansicht, teilweise geschnitten, durch Verbindungselemente,
wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden; und
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9 eine
Draufsicht auf die Verbindungselemente gemäß
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8,
im zusammengefügten
Zustand.
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In 1 bezeichnet 10 insgesamt
eine Charge für
eine nachfolgende Wärmebehandlung.
Die Charge 10 umfaßt
ein metallisches Werkstück 11, das
vorzugsweise auf einem Rost 12 steht. Ein Thermoelement 13 ist
an einer geeigneten Stelle am oder im Werkstück 11 befestigt. Vom
Thermoelement 13 führt
ein Thermodraht 14 zu einem ersten Verbindungselement 15.
In der Darstellung gemäß 1 hängt das erste Verbindungselement 15 noch
lose am Thermodraht 14. Diese Anordnung wird auch als "Schleppelement" bezeichnet.
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Wenn im Rahmen der vorliegenden Anmeldung
von einem "Sensor" die Rede ist, so
wird hierunter in erster Linie das bereits erwähnte Thermoelement 13 verstanden.
Bei bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung kann jedoch statt
der Temperatur des Werkstücks
auch ein anderer Parameter des Werkstücks erfaßt werden, beispielsweise dessen Aufkohlungszustand,
dessen Nitrierzustand, dessen Leitfähigkeit, dessen elektrischer
Widerstand, dessen elektromagnetischer Eigenschaften, zum Beispiel
die Permeabilität
oder dgl .. Diese erfaßten
Parameter können
auch miteinander verknüpft
oder umgerechnet werden, um mit auf diese Weise gewonnenen Hilfsgrößen dann
das Behandlungsmedium, beispielsweise eine Behandlungsatmosphäre oder
ein Behandlungsbad zu steuern.
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2 zeigt
einen zeitlich darauffolgenden Zustand. Das erste Verbindungselement 15 ist
hier an ein zweites Verbindungselement 20 angesteckt. Das
zweite Verbindungselement 20 bildet einen Bestandteil einer
Verfahreinrichtung 25. Die Verfahreinrichtung 25 umfaßt eine
Halterung, beispielsweise eine Gabel 26, auf der die Charge 10 oder
das Werkstück 11 unmittelbar
abgestellt ist. Das zweite Verbindungselement 20 ist vorzugsweise
an der Gabel 26 befestigt. Die Verfahreinrichtung 25 kann
mittels einer Bewegungseinheit 27, die in 2 extrem schematisch angedeutet ist,
im Raum verfahren werden. Mit 28 ist ein Koordinatensystem
der Bewegungseinheit 27 angedeutet. Die in der Zeichenebene
liegende Vertikalachse ist dort mit z und die Horizontalachse mit
x bezeichnet.
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Die Verbindungselemente 15 und 20 sind
so ausgebildet, daß sie
in der Darstellung gemäß 2 in x-Richtung zusammengesteckt
werden können, wie
weiter unten anhand der 7 und 8 noch näher erläutert werden wird
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Die auf der Verfahreinrichtung 25 abgestellte Charge
wird nun, wie in 3 dargestellt,
in eine Wärmebehandlungsanlage 30 eingefahren.
Die Verfahreinrichtung 25 verfährt hierzu in eine Behandlungskammer 31,
beispielsweise eine Ofenkammer.
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Die Behandlungskammer 31 wird
nach unten durch einen Boden 32 abgeschlossen, von dem
sich in Vertikalrichtung nach oben mehrere Stützen 33 erstrecken.
In 3 links ist ein raumfester
Punkt 34 in einer Begren zungswand der Behandlungskammer 31 angedeutet.
Am raumfesten Punkt 34 befindet sich ein drittes Verbindungselement 35.
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Das dritte Verbindungselement 35 ist
mit einem in Vertikalrichtung nach oben weisenden Kontaktelement
versehen, wie weiter unten anhand der 7 und 8 noch im einzelnen erläutert werden
wird.
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Wenn nun die Gabel 26 mittels
der Verfahreinrichtung 25 nach unten, d. h. in z-Richtung
abgesenkt wird wie mit einem Pfeil 40 in 3 angedeutet, so wird zusätzlich eine
mechanisch/elektrische Verbindung zwischen dem ersten Verbindungselement 15 und
dem dritten Verbindungselement 35 hergestellt.
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Dieser Zustand ist in 4 dargestellt. Man erkennt,
daß die
Stützen 33 von
unten durch die Gabel 26 hindurchgreifen und den Rost 12 mit
dem daraufabgestellten Werkstück 10 abstützen.
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Wie mit einem Pfeil 41 in 4 dargestellt, kann nun
die Gabel 26 nach rechts in x-Richtung verfahren werden.
Dadurch wird die Verbindung zwischen dem zweiten Verbindungselement 20 und
dem ersten Verbindungselement 15 gelöst. Da die x-Richtung auf der
z-Richtung senkrecht steht, wird durch diese Verfahrbewegung des
Rahmens 26 die mechanisch elektrische Verbindung zwischen
dem ersten Verbindungselement 15 und dem dritten Verbindungselement 35 nicht
beeinträchtigt.
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Die Gabel 26 kann nach dem
Lösen der
Verbindung zwischen den Elementen 15 und 20 seitlich aus
der Behandlungskammer 31 herausgefahren werden.
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5 zeigt
den sich einstellenden Zustand, bei dem in der Behandlungskammer 31 nur
noch das Werkstück 11 mit
dem Rost 12 vorhanden ist. Die Verfahreinrichtung 25 mit
der Gabel 26 ist hingegen aus der Behandlungskammer 31 entfernt,
insbesondere deswegen, um die Elemente der Verfahreinrichtung 25 nicht
einer unnötigen
Wärmebehandlung
in der Behandlungskammer 31 auszusetzen.
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Wichtig ist bei der Situation in 5 ferner, daß die elektrische
Verbindung zwischen dem Werkstück 11 und
dem raumfesten Punkt 34 nur noch aus der Kabelverbindung
mit dem Thermodraht 14 besteht, das vom Thermoelement 13 zum
ersten Verbindungselement 15 führt, das noch mechanisch elektrisch
mit dem dritten Verbindungselement 35 verbunden ist.
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Es ist daher möglich, zwischen dem raumfesten
Punkt 34 und dem Werkstück 11 in
einer in 5 mit 42 angedeuteten
Vertikalebene die Kammer 31 thermisch abzuschotten. In
den Abschottungselementen sind dann nur kleine Durchführungen
für das
Anschlußkabel 14 erforderlich.
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Eine vakuumdichte Abschottung 43 befindet sich
hingegen jenseits der Verbindung von raumfestem Punkt 34 und
Charge 10, wie in 6 schematisch
angedeutet. Dies bedeutet, daß nur
der Thermodraht 14 durch die thermische Abschottung 42 geführt ist,
während
sich die Verbindungselemente 15, 35 zwischen der
thermischen Abschottung 42 und der vakuumdichten Abschottung 43 befinden.
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Es versteht sich, daß die Erfindung
nicht auf irgend eine besondere Art von Wärmebehandlungsanlagen oder Öfen beschränkt ist.
Sie kann daher sowohl bei sogenannten Atmosphärenöfen eingesetzt werden, also
Anlagen, die mit atmosphärischem Druck
arbeiten, wie auch bei sogenannten Vakuumanlagen, d. h. Wärmebehandlungsanlagen,
bei denen die Werkstücke
vakuumdicht abgeschlossen werden.
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In der Behandlungskammer 31 kann
nun die Wärmebehandlung
eingeleitet werden. Hierzu wird in der Behandlungskammer 31 das
Werkstück
einem gasförmigen
oder flüssigen
Behandlungsmedium ausgesetzt wird, beispielsweise wird eine mit 43 angedeutete
Behandlungsatmosphäre
erzeugt. Die Behandlungsatmosphäre 43 kann
aus aufgeheizter Luft, einem aufgeheizten Inertgas oder einer chemisch
aktiven und/oder aufgeheizten Atmosphäre bestehen, wie dies in der
Technik der Wärmebehandlung
metallischer Werkstücke
allgemein bekannt ist. Auch die Verwendung einer ionisierten Gasatmosphäre (Plasma)
ist in diesem Zusammenhang möglich.
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Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel soll die Behandlungskammer 31 nur
eine Aufheizkammer sein, so daß die
Behandlungsatmosphäre 43 aus
aufgeheiztem Inertgas besteht.
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Wie 6 zeigt,
kann die Behandlungskammer 31 Teil einer größeren Wärmebehandlungsanlage 30 sein,
in der beispielsweise neben der als Aufheizkammer ausgebildeten
Behandlungskammer 31 noch eine Abschreckkammer 45 angeordnet
ist. Zwischen den Kammern 31, 45 befindet sich
die mit 25a angedeutete Verfahreinrichtung, die eine Bewegung der
Chargen in Richtung der beispielhaft angedeuteten Pfeile 25b, 25c und 25d ermöglicht.
So ist es insbesondere möglich,
die Chargen in Horizontalrichtung 25b, 25d zwischen
Aufheizkammer 31 und Abschreckkammer 45 zu verfahren
und/oder dann in der Abschreckkammer 45 nach unten 25c in
ein Abschreckbad abzusenken. Die Chargen 10 können dabei
in Horizontalrichtung 25b, 25d durch Türen 46 und 47 in
den Kammern 31, 45 beladen und entladen werden.
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Mit der Erfindung ist es daher im
Gegensatz zum Stand der Technik möglich, die Chargen in beliebig
vielen Behandlungskammern nacheinander vollautomatisch anzuschließen, unabhängig davon,
ob die Kammern kalt oder warm oder ob sie mit einem Gas oder einer
Flüssigkeit
befüllt
sind.
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Die erforderlichen Verbindungen werden vielmehr
vollautomatisch hergestellt, wobei die numerische Steuerung der
Verfahreinrichtung 25 es gestattet, die entsprechenden
Kontaktpunkte mit hoher Präzision
anzufahren. Die konstruktive Auslegung der Verbindungselemente 15, 20, 35 gestattet
dabei die bei dem Transportvorgang unvermeidlichen Toleranzen in
der Positioniergenauigkeit mittels konischen Einführschrägen und/oder
gefederten Stoßaufnehmern
zu kompensieren. Der Variabilität
der Wärmebehandlung
sind daher keine Grenzen gesetzt.
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In den 5 und 6 ist ferner mit 48 ein
Regler schematisch angedeutet. Der Regler 48 ist eingangsseitig
an die Verbindungselemente 15, 35 angeschlossen
und empfängt
auf diese Weise ein McBsignal vom Thermoelement 13. Ausgangsseitig
steuert der Regler 48 eine Heizung 49, so daß die Temperatur
der Behandlungsatmosphäre 43 durch
diesen geschlossenen Regelkreis einem vorgegebenen Aufheiz- oder
Abkühl-Profil
nachgesteuert werden kann. Dadurch, daß die Temperatur mittels des
Thermoelementes 13 unmittelbar am Werkstück 11 gemessen
wird, kann die Temperaturführung
präzise eingestellt
werden, weil der Wärmeübergang
zwischen der Behandlungsatmosphäre 43 und
dem Werkstück 11 keine
Rolle mehr spielt.
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Es versteht sich, daß, wie bereits
erwähnt, statt
des Thermoelementes 13 auch andere Sensoren eingesetzt
werden können,
um physikalische und/oder chemische Parameter an den Werkstücken 11 zu
messen, so daß die
Behandlungsatmosphäre 43 dann
mit ihren physikali schen und/oder chemischen Eigenschaften entsprechend
nachgesteuert werden kann.
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7 zeigt
eine Variante des Ausführungsbeispiels
gemäß den 1 bis 6. Gleiche Elemente sind dabei mit gleichen
Bezugszeichen versehen worden, wobei zur Unterscheidung bei jedem
Bezugszeichen jeweils ein hinzugefügt wurde.
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Bei der Vorrichtung gemäß 7 erkennt man in der linken
Hälfte,
daß die
Verfahreinrichtung 25' eine
Gabel 26' umfaßt Die Gabel 26 ist
in 7 nach rechts offen.
Die Gabel 26' trägt unmittelbar,
d. h. ohne einen dazwischen liegenden Rost, das Werkstück 11'. Das Werkstück 11' ist mit einer
Ausnehmung oder Bohrung versehen, in die das Thermoelement 13' eingeführt ist.
Auf diese Weise wird die Temperatur im Inneren des Werkstücks erfaßt.
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An der Basis der Gabel 26' befindet sich
die Bewegungseinheit 2T, die wiederum in mindestens zwei
Achsen x und z verfahrbar ist
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In Abweichung zum Ausführungsbeispiel
gemäß den 1 bis 6 ist beim Ausführungsbeispiel gemäß 7 das dritte Verbindungselement 35' an der Gabel 26' befestigt.
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In der in Figur rechts dargestellten
Behandlungskammer kann das Werkstück 11' auf einem Tisch mit Stützen 33' abgestellt
werden. Die Oberkante des Tisches liegt dabei um eine Höhendifferenz Δz unterhalb
der Oberseite der Gabel 26' in
der linken Hälfte
von 7.
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Ein raumfester Punkt 34' außerhalb
der Ebene 42' trägt auf seiner
Oberseite das zweite Verbindungselement 20'.
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In den 8 und 9 sind Einzelheiten der Verbindungselemente 15, 20 und 35 dargestellt 8 zeigt die Verbindungselemente 15, 20 und 35 im
voneinander gelösten
Zustand als Seitenansicht (teilweise aufgebrochen), während 9 die Verbindungselemente 15, 20 und 35 im
zusammengefügten
Zustand in Draufsicht darstellt Die konstruktiven Einzelheiten der
Verbindungselemente 15, 20 und 35, wie sie
beim Ausführungsbeispiel
gemäß den 1 bis 6 eingesetzt wurden, unterscheiden sich
nicht von den Einzelheiten der Verbindungselemente 15', 20' und 35' gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
von 7. Insoweit wird
auf die nachfolgende Beschreibung der Verbindungselemente 15, 20 und 35 verwiesen.
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Das erste Verbindungselement 15 umfaßt ein Rohr 50,
aus dem das Anschlußkabel 14 austritt Das
Rohr 50, das zugleich als Knickschutz dient und auch elastisch
ausgebildet sein kann, ist an einem ersten Bügel 51 aus elektrisch
nicht-leitendem Material befestigt Der erste Bügel 51 trägt an seiner
Unterseite erste Kontaktschuhe 52a, 52b in zueinander
parallele Anordnung. In den Kontaktschuhen 52, 52b sind
Aussparungen 53a, 53b vorgesehen. Die Aussparungen 53a, 53b sind
an ihrer Unterseite mit Einführschrägen versehen,
von denen 8 eine mit 54a darstellt
Die zugehörige
Achse der Aussparung 53a ist dort mit 55a bezeichnet
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Man erkennt aus 8 ferner, daß die dort links dargestellte
Seite des Kontaktschuhs 52a als gerundete Schaltkulisse 56a ausgebildet
ist
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Die Kontaktschuhe 52a, 52b sind
an ihrer in den 8 und 9 rechten Seite mit horizontal
vorstehenden Steckzapfen 58a, 58b versehen.
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An dem ersten Bügel 51 können ferner
horizontal gerichtete Kontaktzungen 57a, 57b angeordnet
sein, die parallel zu den Steckzapfen 58a, 58b gerichtet
sind.
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Das zweite Verbindungselement 20 umfaßt an seiner
Oberseite einen zweiten Bügel 60 aus
elektrisch nichtleitendem Material, an dessen Unterseite zwei zueinander
parallel angeordnete Kontaktschuhe 61a, 61b befestigt
sind. Mit 62a ist in 8 und 9 jeweils ein Befestigungselement
angedeutet, das den mechanischen Übergang zum Rahmen 26 der
Verfahreinheit 25 darsteltt. Dort kann ein Anschlußpunkt 63a zur
Abnahme eines elektrischen Signales vorgesehen sein, wenn im Einzelfall
gewünscht
wird, das Signal des Thermoelementes 13 über die
Verfahreinrichtung 25 nach außen zu übertragen.
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Die Kontaktschuhe 61a, 61b sind
mit horizontalen Aufnahmebohrungen 64a, 64b versehen, deren
horizontaler Abstand dem horizontalen Abstand der Zapfen 58a, 58b am
ersten Verbindungselement 15 entspricht. 8 zeigt bei der dort dargestellten Aufnahmebohrung 64a eine
am linken Ende vorgesehene Einführschräge 65a sowie
eine Achse 66.
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An dem zweiten Bügel 60 können horizontal gerichtete
Kontaktzungen 61a, 67b angeordnet sein, die mit
den Kontaktzungen 57a, 57b des ersten Verbindungselementes 15 zusammen
einen geschlossenen elektrischen Kontakt bilden können. Die
Kontaktzungen 67a, 67b sind aus diesem Grunde
ebenfalls parallel zu den Steckzapfen 58a, 58b bzw.
den Aufnahmebohrungen 64a, 64b ausgerichtet
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Das dritte Verbindungselement 35 umfaßt zwei
horizontale und zueinander parallele Kontaktplatten 70a, 70b,
die mit elektrischen Anschlußpunkten
versehen sind, von denen 8 einen
mit 71a zeigt.
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Auf der Oberseite der Kontaktplatten 70a, 70b befinden
sich jeweils ein Mikroschalter 72a, 72b mit Anschlußpunkten 73a, 73b.
Auf der in den 8 und 9 rechten Seite stehen Tastelemente 74a, 74b der
Mikroschalter 72a, 72b vor. Vor den Mikroschaltern 72a, 72b befinden
sich im Abstand vertikal nach oben gerichtete Zapfen 75a, 75b,
deren horizontater Abstand zueinander dem horizontalen Abstand der Aussparungen 53a, 53b am
ersten Verbindungselement 15 entspricht
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Statt der Mikroschalter 72a, 72b können auch
einfache Federelemente verwendet werden. Diese Federelemente haben
dann keine elektrische Funktion sondern nur noch die ebenfalls von
den Mikroschaltern 72a, 72b ausgeübte federnde
Funktion. Wenn nämlich
beim praktischen Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Verbindungselemente 15 und 35 zusammengefügt werden
sollen, so sind, wie bereits erwähnt,
die Anfahrgenauigkeiten zu berücksichtigen.
Wenn trotz hoher Anfahrgenauigkeit bei Annäherung der Verbindungselemente 15 und 35 die
Achsen 55a, 55b der Kontaktschuhe 52a, 52b nicht
exakt mit den Achsen der Zapfen 75a, 75b fluchten,
so kann der erforderliche Toleranzausgleich durch ein Federelement
bewirkt werden, das senkrecht zu den Achsen 55a, 55b steht
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Die Wirkungsweise der Verbindungselemente 15, 20 und 35 ist
beim Ausführungsbeispiel
gemäß den 1 bis 6 wie folgt:
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Wie man aus 8 erkennen kann, wird das erste Verbindungselement 15 von
oben in vertikaler Richtung (Pfeil 80) nach unten abgesenkt
und zwar in einer Position, in der die Zapfen 75a, 75b am
dritten Verbindungselement 35 mit den Aussparungen 53a, 53b am
ersten Verbindungselement 15 fluchten. Die Einführschrägen 54a erleichtern
dabei das Einführen der
Zapfen 75a, 75b. Zu gleicher Zeit gleiten die Schaltkulissen 56a an
den Tastelementen 74a, 74b entlang und betätigen die
Mikroschalter 72a, 76b. Die Mikroschalter 72a, 72b können dabei
als Endschalter dienen, um die zustande gekommene Verbindung zwischen
den Verbindungselementen
15 und 35 zu signalisieren,
die Mikroschalter 72a, 72b können jedoch auch das Startsignal
für weitere
Verfahrensschritte erzeugen.
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Das zweite Verbindungselement 20 war
bereits zuvor manuell mit dem ersten Verbindungselement 15 verbunden
worden, indem dieses mit den Zapfen 58, 58a in
die Aufnahmebohrungen 64a, 64b eingesteckt wurde
(Pfeil 81). Die Einführung
der Zapfen 58a, 58b bzw. deren Zentrierung wurde
dabei durch die Einführschrägen 65a erleichtert.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 6 wird die elektrische Verbindung vorzugsweise durch
einen Formschluß und
damit eine Kontaktgabe zwischen den Zapfen 75 und den Aussparungen 53 hergestellt.
Die Steckzapfen 58 haben dabei zusammen mit den Aufnahmebohrungen 64 lediglich
eine mechanische Haltefunktion. Es versteht sich jedoch, daß zur elektrischen
Verbindung der Verbindungselemente 15 und 35 auch
separate Kontaktzungen vorgesehen werden, wie dies weiter unten
anhand des Ausführungsbeispieles
gemäß 7 bzw. der Kontaktzungen 57 und 67 noch
erläutert
werden wird.
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Bei Betätigung der Mikroschalter 72a, 72b haben
die Verbindungselemente 15, 20 und 35 damit eine
Zuordnung zueinander, wie sie die Draufsicht der 9 zeigt. Diese entspricht die Situation
gemäß 4. Wenn nun durch weiteres
Verfahren der Verfahreinrichtung 25 die Verbindung zwischen
dem ersten Verbindungselement 15 und dem zweiten Verbindungselement 20 gelöst werden
soll (Pfeil 81), so ist dies in einfacher Weise dadurch möglich, daß die Verfahreinrichtung 25 den
Rahmen 26 geringfügig
in den 4, 8 und 9 nach rechts bewegt, um das zweite Verbindungselement 20 von
den Zapfen 58a, 58b abzuziehen. Das erste Verbindungselement 15 bleibt dabei
fest mit dem dritten Verbindungselement 35 verbunden, weil
die Achsen 55a und 66a senkrecht aufeinander stehen.
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In entsprechender Weise kann zu einem späteren Zeitpunkt
die Verbindung zwischen erstem Verbindungselement 15 und
zweitem Verbindungselement 20 wieder hergestellt werden,
indem das zweite Verbindungselement 20 in der Darstellung
gemäß 8 von rechts an die Zapfen 58 herangefahren
wird Durch anschließendes
Aufwärtsbewegen des
Rahmens 26 kann dann auch das erste Verbindungselement 15 wieder
in Vertikalrichtung vom dritten Verbindungselement 35 abgehoben
werden.
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Wie man deutlich sieht, kann auf
diese Weise die Verbindung zwischen den Verbindungselementen 15, 20 und 35 ausschließlich durch
Verfahren der Verfahreinrichtung 25 hergestellt bzw. gelöst werden.
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Der elektrische Kontakt wird dabei
durch aneinander anliegende Kontaktflächen, durch Kraftschluß und/oder
Formschluß hergestellt.
Auf diese Weise lassen sich auch sehr niedrige Meßspannungen
im mV-Bereich sicher übertragen.
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Es wurde bereits erwähnt, daß die in 8 und 9 dargestellten Verbindungselemente 15, 20 und 35 eine
sehr einfache Ausführungsform
darstellen. Die dort gezeigten mechanisch elektrischen Kontakte können, falls
erforderlich, durch Servoeinrichtungen unterstützt werden, beispielsweise
durch pneumatische, hydraulische, elektrische oder magnetische Stellglieder.
Dies ist dem Fachmann jedoch im einzelnen bekannt.
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Die Wirkungsweise der Verbindungselemente 15', 20' und 35' gemäß 7 ist wie folgt:
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7 zeigt
in der linken Hälfte
die Ausgangssituation, bei der das Werkstück 11' unmittelbar auf der Gabel 26' der Verfahreinrichtung 25' abgestellt
ist. Das erste Verbindungselement 15' des Thermoelementes 13' ist dabei bereits
manuell auf das dritte Verbindungselement 35' an der Gabel 26' aufgesteckt
worden.
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In diesem Zustand wird die Gabel 26' mittels der
Bewegungseinheit 27' in 7 nach rechts verfahren,
wie mit einem Pfeil eingezeichnet. Das erste Verbindungselement 15' ist so auf
dem raumfesten Punkt 34' positioniert,
daß die
Achsen 66a, 66b der zweiten Kontaktschuhe 61a, 61b mit
den Achsen der Zapfen 58a, 58b fluchten. Durch
das Verfahren der Gabel 26' in
horizontaler Richtung gelangen somit das erste Verbindungselement 15' in Eingriff
mit dem zweiten Verbindungselement 20', wie mit einem Pfeil 81 in 8 angedeutet.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß 7 wird die elektrische Verbindung
zwischen den Verbindungselementen 15 und 20 bevorzugt
durch die paarweise angeordneten Kontaktzungen 57a/67a bzw. 57b/67b hergestellt.
Die Steckzapfen 58 mit den Aufnahmebohrungen 64 haben
auch in diesem Falle nur eine mechanische Haltefunktion. Beim Ausführungsbeispiel
gemäß 7 trifft dies auch auf die Zapfen 75 in
Verbindung mit den Aussparungen 53 zu.
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In jedem Fall gilt, daß die Zahl
der Kontaktzungenpaare bzw. Zapfen/Aussparungspaare so groß ist wie
die Zahl der eingesetzten Thermoelemente 13. Man kann daher
an den Bügeln 51 und 60 auch
mehr als zwei Kontaktzungenpaare vorsehen, falls mehrere Thermoelemente 13 am
Werkstück 11 befestigt
werden sollen.
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Sobald die Verbindung der Verbindungselemente 15' und 20' bewirkt wurde,
verfährt
die Bewegungseinheit 27' die
Gabel 26' nach
unten und zwar um die in 7 mit Δz bezeichnete
Höhe. Durch
diese vertikale Abwärtsbewegung
der Verfahreinheit 25' wird
das dritte Verbindungselement 35' selbsttätig vom ersten Verbindungselement 15' getrennt und das
Werkstück 11' auf dem Tisch
mit den Stützen 33' abgesetzt.
Die Verfahreinrichtung 25' kann
nun wieder nach links verfahren werden, um die Gabel 26' außerhalb
der Behandlungskammer zu bringen, in der das Werkstück 11' soeben abgesetzt
worden ist.
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Wie man aus der vorstehenden Darlegung entnehmen
kann, können
die Verbindungselemente 15, 20 und 35 daher
auch kinematisch vertauscht werden, ohne daß dies den Rahmen der vorliegenden
Erfindung sprengt. Wichtig ist allein, daß die jeweiligen Verbindungen
in den Behandlungskammern selbsttätig hergestellt werden, indem
die Verfahreinrichtung 25 bzw. 25' die entsprechenden Kontakte schließt bzw. öffnet.