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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Vakuumwärmebehandlungsanlage
zur Wärmebehandlung
eines metallischen Werkstückes
im Vakuum und insbesondere eine Vakuumwärmebehandlungsanlage, die mit
einem Werkstücktransfermechanismus
versehen ist, der ein Werkstück
in der Vakuumbehandlungsanlage von einer Behandlungszelle zu einer
anderen Behandlungszelle transferiert.
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Die
Druckschrift
JP-08178535 offenbart
eine Vakuumwärmebehandlungsanlage
zur Wärmebehandlung
eines Werkstückes
in einer Behandlungszelle, umfassend eine hermetische Kammer, die
in der Mitte der Wärmebehandlungsanlage
angeordnet ist, eine Mehrzahl bzw. Vielzahl von Behandlungszellen,
die entlang der Peripherie der hermetischen Kammer angeordnet sind,
und einen Werkstücktransfermechanismus,
der im Inneren der hermetischen Kammer angeordnet ist und das Werkstück von einer
der Behandlungszellen zu der hermetischen Kammer und von der hermetischen
Kammer zu einer der Behandlungszellen transferiert, wobei eine der
Behandlungszellen eine Kühlzelle
ist.
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Bei
Vakuumwärmebehandlungsanlagen
ist die modulare Vakuumwärmebehandlungsanlage
aus der Offenbarung des
US-Patentes
Nr. 6,065,964 bekannt. Die Vakuumwärmebehandlungsanlage umfasst
eine Mehrzahl bzw. Vielzahl von Behandlungszellen, die horizontal
an eine hermetische Kammer mit einer horizontalen Welle angefügt sind.
Ein zusätzliches
Modul in Form eines Zylinders mit einer darin befindlichen zusätzlichen
Behandlungszelle kann an das eine Ende der hermetischen Kammer angefügt werden,
wodurch eine gewünschte
Anzahl von Behandlungszellen in horizontaler Richtung hinzugefügt werden
kann.
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Eine
weitere Vakuumwärmebehandlungsanlage
ist in dem
US-Patent Nr. 5,033,927 offenbart. Bei
dieser Vakuumwärmebehandlungsanlage
ist eine Mehrzahl bzw. Vielzahl von Wärmekammern (Behandlungszellen)
in einem sternförmigen
Muster in dem oberen Abschnitt einer kloßförmigen hermetischen Kammer
angeordnet und ein Förderträger, der entlang
einer Führungsschiene
zum Transferieren eines Werkstückes
von einer Behandlungszelle zu einer anderen Behandlungszelle läuft, vorgesehen. Der
Förderträger läuft unterhalb
der Behandlungszellen und transferiert das Werkstück zu einer
gewünschten
Behandlungszelle.
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Die
Vakuumwärmebehandlungsanlagen
aus dem Stand der Technik weisen Nachteile dahingehend auf, dass
die Anzahl der Behandlungszellen, die Gesamtlänge der Vakuumwärmebehandlungsanlage
in der Horizontalen sowie die zum Transferieren des Werkstückes von
einer bestimmten Behandlungszelle zu einer anderen bestimmten Behandlungszelle
erforderliche Zeit zunehmen. In Abhängigkeit von der Art der Behandlung
muss das Werkstück innerhalb
kurzer Zeit von einer Zelle zu einer anderen transferiert werden.
Insbesondere bei einer Vakuumwärmebehandlungsanlage
muss ein metallisches Werkstück,
das auf hohe Temperatur erwärmt
worden ist, im Härtungsschritt
oder im Gaskühlschritt schnell
in ein Härtungsölreservoir
oder eine Gaskühlzelle
eingeführt
werden. Dauert das Transferieren des Werkstückes von der Behandlungszelle
in das Härtungsölreservoir
oder die Gaskühlzelle
zu lange, so sinkt die Temperatur des Werkstückes vor der Einführung des
Werkstückes
in das Härtungsölreservoir oder
die Gaskühlzelle,
was die Qualität
des fertigen Erzeugnisses verschlechtert. Da sich zudem die Vakuumwärmebehandlungsanlage
horizontal ausdehnt, wenn die Anzahl der Behandlungszellen zunimmt,
nimmt der von der Vakuumwärmebehandlungsanlage
eingenommene Raum proportional zur Anzahl der Behandlungszellen
zu.
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Die
Vakuumwärmebehandlungsanlagen
aus dem Stand der Technik sind zudem dahingehend von Nachteil, dass
die Anzahl der Behandlungszellen durch die Größe der hermetischen Kammer
beschränkt
ist und zudem die Vergrößerung des
Durchsatzes begrenzt ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vakuumwärmebehandlungsanlage zur
Wärmebehandlung
eines Werkstückes
bereitzustellen, bei der eine Ölhärtungsbehandlung
des Werkstückes
rasch vorgenommen werden kann, nachdem das Werkstück in einer
Behandlungszelle behandelt worden ist.
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Die
Aufgabe wird von einer Vakuumwärmebehandlungsanlage
zur Wärmebehandlung
eines Werkstückes
mit den in Anspruch 1 offenbarten Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind
in den abhängigen
Ansprüchen
niedergelegt.
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Bei
der Vakuumwärmebehandlungsanlage zur
Wärmebehandlung
eines Werkstückes
entsprechend der vorliegenden Erfindung wird das Werkstück aufgrund
der Tatsache, dass die Ölhärtungszelle
direkt unter der Behandlungszelle positioniert ist, direkt und damit
schnell von der Behandlungszelle zu der Ölhärtungszelle transferiert, ohne
dass es durch die hermetische Kammer läuft.
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Die
hermetische Kammer und/oder die Behandlungszellen können in
vertikaler Richtung in zwei oder mehr Stufen vorgesehen sein.
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Der
Werkstücktransfermechanismus
kann beispielsweise einen Werkstückbehälter, in
dem das Werkstück
enthalten ist, einen Drehmechanismus, der die horizontale Richtung
des Werkstückbehälters ändert, und
einen Aufzugsmechanismus, der den Werkstückbehälter auf und abbewegt, umfassen.
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Der
Werkstückbehälter kann
mit einem teleskopischen Seitenbewegungsmechanismus versehen sein,
an dem ein Korb angeordnet sein kann, in den das Werkstück gelegt
ist. Darüber
hinaus kann eine Ölhärtungszelle,
die entlang der Peripherie der hermetischen Kammer angeordnet ist,
als Werkstückeingabe-/ausgabezelle
eingesetzt werden, die das Werkstück in die Vakuumwärmebehandlungsanlage hinein
und das behandelte Werkstück
aus dieser heraus verbringt.
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Eine
der Behandlungszellen kann eine Gaskühlzelle sein, wobei die Gaskühlzelle
als Werkstückeingabe-/ausgabezelle
eingesetzt werden kann, die das Werkstück in die Vakuumwärmebehandlungsanlage
hinein und das behandelte Werkstück
aus dieser heraus verbringt.
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Sind
die Behandlungszellen in zwei oder mehr Stufen vorgesehen, so wird
vorgezogen, wenn die oberen und unteren Behandlungszellen wechselseitig
um einen halben Nennabstand, das heißt die Hälfte des von zwei benachbarten
Behandlungszellen in derselben Stufe eingeschlossenen Winkels, winkelversetzt
sind, um einen Raum zur Unterbringung eines Motors für einen
Kühlerventilator
oder dergleichen freizuhalten, der von der Oberseite der Behandlungszelle
vorsteht.
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Bei
der Vakuumwärmebehandlungsanlage der
vorliegenden Erfindung kann aufgrund der Tatsache, dass sämtliche
Behandlungszellen entlang der Peripherie der hermetischen Kammer
in Nachbarschaft zu der hermetischen Kammer angeordnet sind, das
Werkstück
innerhalb kurzer Zeit von einer Behandlungszelle zu einer anderen
Behandlungszelle durch den Weg der hermetischen Kammer verbracht
werden, weshalb eine spätere
Behandlung mit einer Abfolge von Vakuumwärmebehandlungen innerhalb einer
gewünschten
Zeit begonnen werden kann. Hierdurch erhält man ein qualitativ hochwertiges
Erzeugnis.
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Darüber hinaus
kann die Anzahl der Behandlungszellen entsprechend dem erforderlichen
Durchsatz erhöht
werden, ohne dass man die von der Vakuumwärmebehandlungsanlage eingenommene
Fläche
vergrößern müsste, und
zwar dadurch, dass man die Anzahl der Behandlungszellen, die entlang
der Peripherie der hermetischen Kammer angeordnet sind, erhöht oder
die hermetische Kammer und/oder die Behandlungszellen in vertikaler
Richtung in zwei oder mehr Stufen anordnet. Dies bedeutet, dass
aufgrund der Tatsache, dass die Vakuumwärmebehandlungsanlage der vorliegenden
Erfindung die in drei Dimensionen erfolgende Vermehrung der Behandlungszellen
ermöglicht,
der Durchsatz auf einer begrenzten Fläche erhöht werden kann.
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Umfasst
der Werkstücktransfermechanismus
einen Werkstückbehälter, in
dem das Werkstück enthalten
ist, einen Drehmechanismus, der die horizontale Richtung des Werkstückbehälters ändert, und
einen Aufzugsmechanismus, der den Werkstückbehälter auf und ab bewegt, so
kann das Werkstück
von einer der Behandlungszellen zu einer anderen mittels einer minimalen
Bewegung des Werkstücktransfermechanismus
transferiert werden, weshalb das Werkstück in eine gewünschte Behandlungszelle
schnell innerhalb kurzer Zeit transferiert werden kann.
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Wenn
darüber
hinaus die Ölhärtungszelle
in einem unteren Abschnitt der hermetischen Kammer angeordnet ist,
kann das Werkstück
innerhalb im Wesentlichen derselben kurzen Zeit von einer beliebigen Behandlungszelle
in derselben Stufe in die Ölhärtungszelle
zur Härtung
eingeführt
werden, weshalb man durchweg qualitativ hochwertige Erzeugnisse erhalten
kann.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Vakuumwärmebehandlungsanlage entsprechend
einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
eine fragmentarische Planansicht der Vakuumwärmebehandlungsanlage des ersten Ausführungsbeispiels.
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3 ist
eine Querschnittsansicht ähnlich 1,
die eine Vakuumwärmebehandlungsanlage entsprechend
einem zweiten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist
eine Querschnittsansicht ähnlich 1,
die eine Vakuumwärmebehandlungsanlage entsprechend
einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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5 ist
eine Planansicht der Vakuumwärmebehandlungsanlage
entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
eine Querschnittsansicht ähnlich 1,
die eine Vakuumwärmebehandlungsanlage entsprechend
einem vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
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Wie
in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst eine
Vakuumwärmebehandlungsanlage 1 entsprechend
einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung eine zylindrische hermetische Kammer 2 und
eine Mehrzahl bzw. Vielzahl von Behandlungszellen 4, 6, 8, 10,
..., die entlang der Peripherie der hermetischen Kammer 2 in
zwei Stufen angeordnet sind. Obwohl die Behandlungszellen 4 und 8 in
der oberen Stufe als in Ausrichtung mit den Behandlungszellen 6 und 10 in
der unteren Stufe befindlich gezeigt sind, um die Darstellung in 1 zu vereinfachen,
sind diese in Wirklichkeit wechselseitig um einen halben Nennabstand,
wie in 2 gezeigt ist, winkelversetzt. „Ein Nennabstand" bezeichnet im Sinne
der vorliegenden Beschreibung den von zwei benachbarten Behandlungszellen
in derselben Stufe eingeschlossenen Winkel. Dies bedeutet, dass
die Behandlungszellen 4, 8, ... in der oberen
Stufe (die nachfolgend als „die
oberen Behandlungszellen A" bezeichnet
werden) kreuzweise um die hermetische Kammer 2 herum angeordnet
sind, während
die Behandlungszellen 6, 10, ... in der unteren
Stufe (die nachstehend als „die
unteren Behandlungszellen B" bezeichnet
werden) kreuzweise um die hermetische Kammer 2 herum angeordnet
sind, wobei die unteren Zeilen B in Bezug auf die oberen Zellen
A um 45° versetzt
sind. Darüber
hinaus ist eine zusätzliche
Behandlungszelle 12 mit der Behandlungszelle 10 unter der
Behandlungszelle 10 verbunden.
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Vier
rechteckige Öffnungen 20 sind
in einem oberen Abschnitt der Peripherie der hermetischen Kammer 2 ausgebildet.
Eine Behandlungszelle von den oberen Behandlungszellen A ist an
jeder der Öffnungen 20 mittels
eines Befestigers, so beispielsweise eines Bolzens (nicht gezeigt),
montiert. Auf ähnliche
Weise sind vier rechteckige Öffnungen 20 in
einem unteren Abschnitt der Peripherie der hermetischen Kammer 2 ausgebildet.
Eine Behandlungszelle von den unteren Behandlungszellen B ist an
jeder der Öffnungen 20 mittels
eines Befestigers, so beispielsweise eines Bolzens (nicht gezeigt),
montiert. Einige der Öffnungen 20 können normalerweise durch
ein Deckelelement verschlossen werden. Sie können zudem geöffnet werden,
um daran eine Behandlungszelle zu montieren, wenn die Behandlungszellen
vermehrt werden sollen. Die Behandlungszellen können an der hermetischen Kammer 2 entfernbar
oder fest an dieser montiert sein. Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel
sind die Behandlungszellen 4 und 6 hermetische
Wärmekammern
und die Behandlungszelle 8 eine Gaskühlkammer.
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Jede
der hermetischen Wärmekammern 4 und 6 umfasst
eine wärmeisolierende
Wand 22, die entlang der inneren Oberfläche der Kammer vorgesehen ist,
und ein Erwärmungselement 24,
das das Innere der Kammer auf eine hohe Temperatur erwärmt, damit
das Werkstück
erwärmt
wird. Die wärmeisolierende
Wand 22 ist vorzugsweise aus einem wärmeisolierenden oder wärmebeständigen Material,
so beispielsweise Keramik oder Graphit. Obwohl nicht gezeigt, sind
die hermetischen Kammern 4 und 6 jeweils mit Temperatursteuer-
bzw. -regelmitteln versehen. Das Werkstück ist beispielsweise ein Metallstück, so beispielsweise
ein Zahnrad oder eine Welle, das einer Oberflächenhärtung unterzogen werden soll.
Das Werkstück
wird in den hermetischen Wärmekammern 4 und 6 auf
einen Tisch 28 gelegt, wobei die wärmeisolierende Tür 26 geöffnet ist. Nachdem
die wärmeisolierende
Tür 26 geschlossen worden
ist, wird das Werkstück
auf eine vorbestimmte Temperatur, so beispielsweise 1000 °C, erwärmt. Das
Bezugszeichen 30 bezeichnet einen Metallkorb, in dem das
Werkstück
enthalten ist. Zudem werden die hermetischen Wärmekammern 4 und 6 zusammen
mit der hermetischen Kammer 2 beim Erwärmen des Werkstückes evakuiert.
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Die
Gaskühlkammer 8 ist
mit einem kettengetriebenen Förderer 32 versehen.
Das in der hermetischen Wärmekammer 4 oder 6 erwärmte Werkstück wird
auf den Förderer 32 gelegt
und durch Gaskühlung
gehärtet.
Die Gaskühlkammer 8 ist
von der hermetischen Kammer 2 mittels einer gasdichten
Tür 36 getrennt,
wobei das gehärtete
Werkstück
in die gasdichte Kammer 8 durch die hermetische Kammer 2 transferiert
wird, wenn die Tür 36 geöffnet ist.
Sind die Türen 26 und 36 geöffnet, so
sind sie in Türtaschen 44 (2)
aufgenommen, die in ihrer Umgebung angeordnet sind. Die Gaskühlkammer 8 ist
darüber
hinaus mit einer äußeren Tür 38 versehen,
wobei ein zu behandelndes Werkstück
in die Kammer 8 transferiert wird, wenn die äußere Tür 38 geöffnet ist. Der
Förderer 32 wird
verwendet, wenn das zu behandelnde Werkstück in die Kammer 8 hineintransferiert wird.
Darüber
hinaus kann das behandelte Werkstück heraustransferiert werden,
wenn die äußere Tür 38 geöffnet ist.
In diesem Fall nimmt die Kühlkammer 8 eine
Doppelfunktion als Werkstückeingabe-/ausgabezelle
zum Verbringen des Werkstückes in
die Vakuumwärmebehandlungsanlage 1 hinein und
zum Herausnehmen des behandelten Werkstückes aus dieser wahr.
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Nachstehend
werden die Behandlungszellen 10 und 12 beschrieben.
Die Behandlungszellen 10 und 12 sind in vertikaler
Richtung in Ausrichtung zueinander angeordnet. Die obere Zelle 10 ist
mit inneren und äußeren gasdichten
Türen 36 und 38 versehen
und wird als Vorbereitungskammer verwendet, wobei die untere Zelle 12 eine Ölhärtungskammer
ist, in der ein Ölreservoir
enthalten ist. Nachdem das Werkstück durch die geöffnete äußere Tür 38 in
die Vorbereitungskammer 10 verbracht worden ist, wird die
Vorbereitungskammer 10 evakuiert. Anschließend wird
ein inertes Gas, so beispielsweise Stickstoffgas oder Argongas,
in die Vorbereitungskammer 10 eingeleitet, bis der Druck
in der Vorbereitungskammer 10 gleich dem Druck in der hermetischen Kammer 2 ist,
wo üblicherweise
ein Druck herrscht, der niedriger als der atmosphärische Druck
ist. Anschließend
wird die innere Tür 36 geöffnet, und
es wird das Werkstück
mittels des Werkstücktransfermechanismus,
der nachstehend noch beschrieben wird, zu einer weiteren Behandlungszelle
transferiert. Die hermetische Kammer 2 wird evakuiert,
wenn das Erwärmen
des Werkstückes
in der Wärmekammer 4 oder 6,
wie vorstehend beschrieben, erfolgt.
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Die Ölhärtungskammer 12 unter
der Vorbereitungskammer 10 ist mit Härtungsöl 40 gefüllt, und das
erwärmte
Werkstück
wird in das Härtungsöl 40 getaucht,
damit eine Härtung
erfolgen kann. Dies bedeutet, dass die innere Tür 36 der Vorbereitungskammer 10 geöffnet und
das erwärmte
Werkstück
in die Vorbereitungskammer 10 transferiert wird. Sodann wird
das Werkstück
an einem Aufhänger
(nicht gezeigt) aufgehängt,
der nach unten bewegt wird, um das Werkstück in das Härtungsöl 40 zu tauchen. Wie in 2 gezeigt
ist, erstreckt sich die Ölhärtungskammer 12 über die
Kanten der Vorbereitungskammer 10 hinaus an entgegengesetzten
bzw. gegenüberliegenden
Seiten derselben, und das Härtungsöl 40 wird
mittels nach unten gerichteter und von Motoren 42 angetriebener
Rührer
verrührt,
damit das Werkstück
gleichmäßig abgekühlt wird.
Die Motoren 42 sind in denjenigen Teilen der Härtungskammer 12 angeordnet,
die sich über
die Kanten der Vorbereitungskammer 10 hinaus an den entgegengesetzten bzw.
gegenüberliegenden
Seiten hiervon erstrecken. Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
wie auch bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist jede Behandlungszelle
mit einem Vakuumventil (nicht gezeigt) zum Evakuieren der Behandlungszelle,
einem Gaseinleitventil (nicht gezeigt) zum nach Bedarf erfolgenden
Einleiten eines inerten Gases oder eines Karbonisierungsgases und
einem Bypassventil (nicht gezeigt) zum Regeln des Druckes in der
Behandlungszelle versehen.
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Nachstehend
wird die hermetische Kammer 2 beschrieben. Wie vorstehend
beschrieben worden ist, weist die hermetische Kammer 2 zylindrische Form
auf, und es ist ein Werkstücktransfermechanismus 51 mit
einem rahmenartigen Schienenelement 52 im Inneren der hermetischen
Kammer 2 angeordnet. Das Schienenelement 52 umfasst
eine vertikale Welle 50, die in der Mitte der hermetischen
Kammer 2 steht und um die vertikale Welle 50 mittels
eines Drehmechanismus (nicht gezeigt) gedreht wird.
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Eine
Gondel (Werkstückbehälter) 54 ist
an dem Schienenelement 52 montiert und wird unter Führung des
Schienenelementes 52 nach oben und nach unten bewegt. Die
Gondel 44 wird entlang des Schienenelementes 52 mittels
eines Aufzugsmechanismus nach oben und nach unten bewegt, der einen Nockenstößel 56 enthält, der
von dem Schienenelement 52 gehalten wird. Wird das Schienenelement 52 mittels
des Drehmechanismus gedreht, so wird die Gondel 54 zusammen
mit dem Schienenelement 52 gedreht. Da die Gondel 54 in
dem Schienenelement 52 gedreht wird, kann das Moment, das
zum Drehen der Gondel 54 erforderlich ist, klein sein,
weshalb das Werkstück,
auch wenn es schwer ist, schnell gedreht werden kann. Darüber hinaus
kann die Leistung, die zum Drehen des Werkstückes erforderlich ist, klein sein.
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Ein
teleskopischer Seitenbewegungsmechanismus 58 ist an der
Gondel 54 montiert. Der Seitenbewegungsmechanismus 58 umfasst
einen gabelförmigen
teleskopischen Arm 58a, der in zwei oder drei Stufen ausgefahren
werden kann. Der teleskopische Arm 58a befindet sich normalerweise
in einem eingefahrenen Zustand, sodass der Seitenbewegungsmechanismus 58 in
der hermetischen Kammer 2 zusammen mit der Gondel 54 gedreht
werden kann. Eine Platte 60 ist am Ende des teleskopischen
Armes 58a montiert, wobei der Korb 30 an der Platte 60 derart montiert
ist, dass der Korb 30 seitlich oder horizontal bewegt wird,
wenn der teleskopische Arm 58a ausgefahren wird. Der Drehmechanismus,
der Aufzugsmechanismus und der Seitenbewegungsmechanismus 58 werden
von einem Antrieb (nicht gezeigt) angetrieben, so beispielsweise
einem Antrieb, der einen Elektromotor oder einen Hydraulikzylinder
umfasst.
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Nachstehend
wird die Vakuumwärmebehandlung
beschrieben. Das Werkstück
wird beispielsweise in die Behandlungszelle 10 transferiert. Die
Behandlungszelle 10 wird evakuiert, um die Luft, darunter
Sauerstoff, hieraus zu entfernen, damit eine Oxidation des Werkstückes verhindert
wird. Anschließend
wird das Werkstück
beispielsweise in die hermetische Wärmekammer 4, in der
Vakuum herrscht, mittels des Werkstücktransfermechanismus 51 durch die
hermetische Kammer 2, in der Vakuum herrscht, transferiert.
In der hermetischen Wärmekammer 4 wird
das Werkstück
erwärmt.
Mit Blick auf die Erwärmungszeit
des Werkstückes
besteht eine Abhängigkeit
von der Größe, vom
Material, von der Menge und dergleichen, wobei die Erwärmungszeit
im Allgemeinen zwei Stunden und manchmal sogar zehn Stunden um einiges übersteigt.
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Nach
Beginn der Erwärmung
nimmt die Temperatur des Werkstückes
allmählich
zu und Karbonisierungsgas, so beispielsweise ein kohlenstoffhaltiges
Gas wie Azetylengas, wird in die hermetische Wärmekammer 4 eingeleitet,
wenn die Temperatur des Werkstückes
einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Anschließend wird das Werkstück für eine vorbestimmte
Zeit warmgehalten, damit die Kohlenstoffbestandteile in dem Karbonisierungsgas
in die Oberfläche
des Werkstückes
eindringen und die Metalloberfläche
in Zementit umgewandelt wird. Mit fortschreitender Karbonisierungszeit
dringen die Kohlenstoffbestandteile tiefer in das Werkstück ein.
Ist die Zeit, die erforderlich ist, damit die Kohlenstoffbestandteile bis
zu einer gewünschten
Tiefe eindringen können, vorbei,
so wird das Erwärmen
beendet. Anschließend
wird ein inertes Gas zu dem Werkstück geleitet, und es wird der
sogenannte Diffusionsschritt ausgeführt, bei dem der Kohlenstoff
in dem Metall diffundiert, sodass die Kohlenstoffkonzentration an
der Metalloberfläche
sinkt. Ist die Kohlenstoffkonzentration an der Metalloberfläche auf
einen vorbestimmten Wert, so beispielsweise 0,8%, abgesunken, so
wird die Vakuumwärmebehandlung
(Vakuumkarbonisierung) beendet.
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Endet
die Wärmebehandlung,
so wird die innere Tür 26 der
hermetischen Wärmekammer
(Behandlungszelle) 4 geöffnet
und der teleskopische Arm 58a des Seitenbewegungsmechanismus 58 wird in
die hermetische Wärmekammer 4 hinein
ausgefahren. Sodann wird, nachdem der Korb 30, in dem das
Werkstück
enthalten ist, von der Platte 60 an dem teleskopischen
Arm 58a gehalten wird, der teleskopische Arm 58a eingefahren,
um den Korb 30 oder das Werkstück zu der hermetischen Kammer 2 zu
transferieren. Soll das Werkstück
anschließend
einer Gaskühlung
unterzogen werden, so wird die gasdichte Tür 36 der Gaskühlkammer 8 geöffnet, und
der teleskopische Arm 58a wird ausgefahren, um das Werkstück in die
Gaskühlkammer 8 zu
transferieren. Anschließend
wird die Tür 36 derart
geschlossen, dass die Gaskühlkammer 8 luftdicht
verschlossen ist. In diesem Zustand wird ein inertes Gas, so beispielsweise
Stickstoffgas oder Heliumgas, in die Gaskühlkammer 8 eingefüllt, und
das Werkstück
wird von dem inerten Gas gekühlt,
wobei das inerte Gas von einem Ventilator 34 verrührt wird,
der von einem elektrischen Motor 35 angetrieben wird. Hierdurch
wird das Werkstück
gehärtet
(Oberflächenbehandlung). Wird
das Werkstück
durch Gas gehärtet,
so geht das Härten
vergleichsweise langsam vor sich, was von der geringen spezifischen
Wärme des
Gases herrührt.
In demjenigen Fall, in dem Risse und/oder eine Verformung an dem
Werkstück
auftreten, wenn dieses schnell gekühlt wird, wird der Gaskühlprozess eingesetzt.
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Soll
das Werkstück
anschließend
in der hermetischen Ölhärtungskammer 12 einer Ölhärtung unterzogen
werden, so wird die Gondel 54 auf eine Ebene unter den
Behandlungszellen B abgesenkt, und das Werkstück wird mittels des Seitenbewegungsmechanismus 58 in
die Vorbereitungskammer 10 transferiert. Anschließend wird
das Werkstück
in der Kammer 12 in das Härtungsöl 40 getaucht und derart
schnell abgekühlt,
dass die Metalloberfläche von
Austenit zu Martensit umgewandelt wird. Die Temperatur des Härtungsöls 40 liegt
zu diesem Zeitpunkt bei 60 bis 200 °C und vorzugsweise bei 150 °C. Um ein
Sieden des Härtungsöls 40 zu
vermeiden, wird der Innendruck der hermetischen Ölhärtungskammer 12 erhöht.
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Das
Härten
erfordert normalerweise 15 bis 20 Minuten, wohingegen das Vakuumkarbonisieren zwei
oder mehr Stunden, wie vorstehend beschrieben worden ist, erfordert.
Entsprechend sind in der Vakuumwärmebehandlungsanlage 1 dieses
Ausführungsbeispieles
die hermetischen Wärmekammern mehr
als die Härtungskammern
(die Gaskühlkammer 8 und
die Ölhärtungskammer 12),
sodass die Behandlungszellen effizient arbeiten, ohne dass die Härtungskammern
ungenutzt sind. Es können
sowohl die Gaskühlkammer 8 wie
auch die hermetische Ölhärtungskammer 12 in
der Vakuumwärmebehandlungsanlage 1 vorgesehen
sein, oder es sind entweder die Gaskühlkammer 8 oder die
hermetische Ölhärtungskammer 12 in
der Vakuumwärmebehandlungsanlage 1 entsprechend
dieser Anwendung vorgesehen. In demjenigen Fall, in dem sowohl die
Gaskühlkammer 8 wie
auch die hermetische Ölhärtungskammer 12 vorgesehen
sind, kann eine der Härtungskammern
entsprechend dem Material des Werkstückes ausgewählt werden. Ist das Werkstück beispielsweise
aus SKD, so muss die Gaskühlkammer 8 gewählt werden.
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Nachstehend
wird eine Vakuumwärmebehandlungsanlage
entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung anhand 3 beschrieben.
Die Elemente, die zu denjenigen in 1 analog
sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht
beschrieben. Die Vakuumwärmebehandlungsanlage
dieses Ausführungsbeispieles
unterscheidet sich von derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels
dadurch, dass eine hermetische Ölhärtungskammer 112 unter
einer hermetischen Kammer 102 angeordnet ist. Wird die
hermetische Ölhärtungskammer 112 verwendet,
so wird der Druck in der Kammer 112 erhöht. Werden die hermetischen
Wärmekammern 4 und 6 verwendet,
so werden die Kammern evakuiert. Entsprechend ist die hermetische
Kammer 102 von der Behandlungszelle 4 oder 6 durch
eine luftdichte Tür 137 getrennt.
Anwendung und Anordnung der Behandlungszellen 4, 6, 8 und 10 sind
dieselben wie bei der Vakuumwärmebehandlungsanlage
des ersten Ausführungsbeispieles.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
befindet sich aufgrund der Anordnung unter der hermetischen Kammer 2 die
hermetische Ölhärtungskammer 112 im
Wesentlichen im gleichen Abstand von allen Behandlungszellen in
derselben Stufe, sodass das Werkstück innerhalb kurzer Zeit gehärtet werden kann.
Werkstücke,
die in den Behandlungszellen 4 und 6 vakuumkarbonisiert
worden sind, werden beispielsweise mittels des Werkstücktransfermechanismus 151 zu
der hermetischen Kammer 102 transferiert, woraufhin das
Werkstück
durch Absenken der Gondel 54 unmittelbar in die hermetische Ölhärtungskammer 102 eingebracht
werden kann. Daher ist es nicht notwendig, die Gondel 54 auf
der Ebene einer anderen Stufe anzuhalten und sodann das Werkstück in der
Gondel 54 mittels des Seitenbewegungsmechanismus zu einer
anderen Behandlungszelle zu bewegen. Daher wird die Zeit verkürzt, die dafür erforderlich
ist, das Werkstück
in das Härtungsöl zu tauchen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist der Werkstücktransfermechanismus 151 länger als
der Werkstücktransfermechanismus 51 beim
ersten Ausführungsbeispiel
und derart angeordnet, dass man in der Lage ist, die Gondel 54 auf
drei Ebenen gegenüberliegend
den jeweiligen Stufen anzuhalten.
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Nachstehend
wird eine Vakuumwärmebehandlungsanlage 200 entsprechend
einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung anhand 4 bis 6 beschrieben.
Bei der Vakuumwärmebehandlungsanlage 200 dieses
Ausführungsbeispiels
sind eine hermetische Wärmekammer 204 und
eine Gaskühlkammer 208 radial
um eine hermetische Kammer 202 in einer Stufe, wie in 5 gezeigt
ist, herum angeordnet, und es ist eine Ölhärtungskammer 202 in
einem unteren Abschnitt der hermetischen Kammer 202 angeordnet.
Die hermetische Kammer 202 ist von jeder der Behandlungszellen
durch eine luftdichte Tür 261 getrennt.
Die Türtaschen 244,
in denen die Türen
aufgenommen sind, stehen bezüglich
der Behandlungszellen nach oben vor. Die hermetische Kammer 202 ist
von jeder der Behandlungszellen durch eine luftdichte Tür 261 getrennt.
Die luftdichten Türen 261 dienen
dem Ausgleich des Druckunterschiedes zwischen der hermetischen Kammer 202 und
jeder der Behandlungszellen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der obere Abschnitt
der hermetischen Kammer 202 mit einem Ventilator 265 versehen,
der von einem Elektromotor 263 angetrieben wird, und kann
als Gaskühlkammer eingesetzt
werden. In 5 ist der Weg, entlang dessen
das Werkstück
transferiert wird, durch die gestrichelte Linie 266 angedeutet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
kann das Werkstück
aufgrund der Tatsache, dass die Ölhärtungszelle 212 in
einem unteren Abschnitt der hermetischen Kammer 202 angeordnet
ist, wie beim zweiten Ausführungsbeispiel
innerhalb kurzer Zeit gehärtet
werden.
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Nachstehend
wird eine Vakuumwärmebehandlungsanlage 300 entsprechend
einem vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung anhand 6 beschrieben.
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Bei
der Vakuumwärmebehandlungsanlage 300 dieses
Ausführungsbeispieles
sind eine hermetische Wärmekammer 306 und
eine Gaskühlkammer 308 um
eine einstufige hermetische Kammer 302 herum angeordnet,
und es ist eine hermetische Ölhärtungskammer 312 unter
der Gaskühlkammer 308 angeordnet.
In der Vakuumwärmebehandlungsanlage 300 wird
das Werkstück
auf dieselbe Weise wie in der Vakuumwärmebehandlungsanlage 1 des
ersten Ausführungsbeispieles
behandelt.
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Die
Behandlungszellen können
um eine hermetische Kammer herum zweidimensional oder in einer Stufe
angeordnet sein. Auch in diesem Fall ist ein Werkstücktransfermechanismus
mit einem Aufzugsmechanismus zum Auf- und Abbewegen der Gondel und
einem Rotationsmechanismus in der hermetischen Kammer vorgesehen.
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Aus
der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, dass bei den Vakuumwärmebehandlungsanlagen 1, 100, 200 und 300 der
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
aufgrund der Tatsache, dass eine Vielzahl bzw. Mehrzahl von Behandlungszellen
entlang der äußeren Peripherie
einer hermetischen Kammer angeordnet ist, Behandlungszellen in Umfangsrichtung
oder in vertikaler Richtung zahlenmäßig vermehrt werden können, sodass
der Durchsatz vergrößert werden
kann, ohne dass die von der Vakuumwärmebehandlungsanlage eingenommene Fläche vergrößert wird.
Gleichzeitig kann das Werkstück
innerhalb ungefähr
einer Minute in das Härtungsöl eingetaucht
werden, bevor das erwärmte Werkstück abgekühlt wird,
wodurch sich ein qualitativ hochwertiges Erzeugnis ergibt. Insbesondere
dann, wenn die Ölhärtungskammer
unter der hermetischen Kammer angeordnet ist, kann das Werkstück innerhalb
kurzer Zeit in das Härtungsöl getaucht
werden, wodurch sichergestellt ist, dass man auch dann ein qualitativ
hochwertiges Erzeugnis erhält,
wenn das Werkstück
klein ist oder der Temperaturabfall des Werkstückes schnell erfolgt.
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Die
hermetische Kammer muss nicht zylindrisch sein. Sie kann beispielsweise
auch viereckig oder polygonal sein.