EP1123757B1 - Druckgasabschreckung von wellenförmigen Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Richten und Härten eines wellenförmigen, insbesondere langgestreckten Werkstückes auf ein vorgegebenes Richtmaß, mit einer Aufnahmevorrichtung für das Werkzeug, mehreren drehbaren, das Werkstück beim Richten an vorgegebenen Richtstellen unterfassenden Unterrollen sowie mit mehreren drehbaren an den Richtstellen angeordneten Oberrollen, von denen jede mit einem Zustellantrieb gekoppelt ist, sowie mit einem Drehantrieb für das Werkstück und einer Werkstück-Abschreckeinrichtung.

Bei der Wellenricht- und -härtemaschine, Modell HR, der Anmelderin sind die Unterrollen, die Oberrollen sowie die Aufnahmevorrichtung auf einer Trommel befestigt, welche teilweise in ein Ölbad der Abschreckeinrichtung eintaucht. Wird die Trommel gedreht, durchlaufen das eingespannte Werkstück sowie die drehenden Unter- und Oberrollen das Ölbad zur Abschreckung und damit Härtung des ausgerichteten Werkstückes.

Ferner betrifft die GB-A-1245799 eine Wellenricht- und Härtemaschine, bei welcher die Aufnahmevorrichtung für ein Werkstück sowie Unterrollen und Oberrollen an einer Trommel befestigt sind und folglich durch Drehen der Trommel das eingespannte Werkstück sowie die Unter- und Oberrollen eine zur Abschreckung des Werkstücks mit Öl gefüllte Kammer durchläuft. Die Lade- und Endladeposition für ein zu härtendes bzw. gehärtetes Werkstück befindet sich somit stets außerhalb des Ölbades.

Beim Abschrecken mit Ölen trifft oft das Leidenfrostphänomen auf, das zu Ungleichmäßigkeiten im Abschreckergebnis führen kann. Ferner müssen die gehärteten Werkstücke entölt und das kontaminierte Öl entsorgt werden. Diese Probleme treten nicht auf, wenn zum Abschrecken der Werkstücke Gase wie etwa Stickstoff statt Öl verwendet werden, wobei das Werkstück entweder durch Konvektion oder durch von Düsen abgegebene Druckgase abgeschreckt wird ("Optimierung der Einzelteilabschreckung im Düsenfeld" von B. Gondesen et al in Härtereitechnische Mitteilung (HTM), 53. Jahrgang 1998, Seite 87 et seq). Ein besonderes Problem ist hierbei, die Einhaltung der Richtmaße am Werkstück während des Abschreckens zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei der vorstehend genannten Maschine das Härten der Werkstücke zu vereinfachen. Bei der eingangs angegebenen Maschine ist dazu erfindungsgemäß eine Kammer vorgesehen, welche die Aufnahmevorrichtung sowie die Umlenkrollen und Oberrollen umgibt und dem Werkstück Kaltgas zuführende Kaltgasdüsen sowie einen Abgasauslaß aufweist, welcher über eine Gasaufbereitungseinrichtung mit den Kaltgasdüsen verbunden ist. Damit entfallen alle Probleme, die mit Öl als Abschreckmedium zusammenhängen. Die Maschine wird konstruktiv einfacher, weil das Ölbad und die Trommel mit ihrem Antrieb entbehrlich sind. Ferner wird es möglich, das Abschrecken des Werkstückes im wesentlichen zeitgleich, allenfalls mit geringem, gegebenenfalls auch steuerbaren zeitlichen Versatz zu dem Richten durchzuführen. Der Versatz richtet sich zweckmäßig nach dem Zeitpunkt, an welchem die Zustellung der Oberrollen zum Werkstück abgeschlossen ist. Er ist damit nicht mehr abhängig von sonstigen konstruktiven Gegebenheiten der Maschine, etwa dem Trommelantrieb bisheriger Tauchbadmaschinen.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind längs des eingespannten Werkstückes mehrere Reihen von Kaltgasdüsen angeordnet. Damit wird die Geschwindigkeit des Wärmeabtransports erhöht. Wenn beispielsweise die Reihen um den Umfang des Werkstückes gleich verteilt angeordnet sind, wird die Verzugsfreiheit des abgeschreckten Werkstückes verbessert. Ein konstruktiv kompakter Aufbau der Maschine und ein schnelles Abschrecken werden erreicht, wenn in bevorzugter Ausgestaltung an jeder Richtstelle zwischen der Oberrolle und je einer der zugeordneten Unterrollen sowie zwischen den beiden Unterrollen wenigstens je eine Kaltgasdüse sowie weitere Kaltgasdüsen längs des Werkstückes angeordnet sind.

Im übrigen sind bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung in den Unteransprüchen angegeben. Nachfolgend wird die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Strinansicht teilweise im Vertikalschnitt einer mit den Merkmalen der Erfindung ausgerüsteten Maschine,

Figur 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung in schematischer Stirnansicht, und

Figur 3 eine schematische Seitenansicht der Maschine nach Figur 2, wobei das vordere Kühlrohr und die vorderen Unterrollen weggelassen sind.

Die Maschine 1 zum Richten und Härten gemäß Figur 1 weist ein Bett 2 sowie einen oberen abheb- oder abschwenkbaren Querholm 3 auf. In Figur 1 sind ferner Richtstellen 4, 5, 6, 7, 8, oder 9 (Figur 3) zu erkennen, an welchen das zwischen einer Oberwalze 10 und zwei Unterwalzen 20, 30 gehaltene Werkstück 50 gerichtet werden soll. Die Oberwalze 10 ist an ihren beiden strinseitigen Enden in je einem aus dem Querholm 3 herabreichenden Armen 12, 14 drehbar gelagert, wobei jeder der beiden Arme 12, 14 mit einem im Querholm 3 untergebrachten nicht dargestellten Zustellantrieb gekoppelt ist, welcher unter Steuerung der ebenfalls nicht dargestellten Maschinensteuerung ein Anheben oder Absenken der Arme 12, 14 gemäß Doppelpfeil 16 bewirken kann.

Die hintere Unterwalze 20 ist stirnseitig in je einem bettfesten Ständer 22, 24 drehbar gelagert, wobei entweder in jedem der Ständer 22, 24 oder im Bett 2 ein nicht dargestellter Drehantrieb für die Unterwalze 20 vorhanden ist. Der Drehantrieb kann mit der Unterwalze 20 über einen beidseitigen Kettentrieb gekoppelt sein.

Die vordere Unterwalze 30 gleicht konstruktiv der hinteren Unterwalze 20. Sie befindet sich auf gleicher Höhe über dem Bett 2 wie die hintere Unterwalze 20 jedoch bei Betrachtung der Figur 3 vor dem Werkstück 50, während die hintere Unterwalze 20 hinter dem Werkstück 50 angeordnet ist. Die Achse 15 der Oberwalze 10, die Achse 25 der hinteren Unterwalze 20 und die Achse 35 der vorderen Unterwalze 30 erstrecken sich parallel zur Achse des Werkstückes 50, das hier eine beispielsweise Nockenwelle werden soll. Die Achsen 25 und 35 liegen in der Horizontalen und die Achse 15 liegt auf der Mittelsenkrechten auf die gedachte Verbindungslinie zwischen den Achsen 25 und 35.

An der Oberwalze 10 sind an den durch die Form des Werkstückes vorbestimmten Richtstellen radial erweiterte "Oberrollen" 16, 17, 18, 19 ausgebildet, die nach Zustellung der Oberwalze 10 zum Werkstück 50 letzteres an den Richtstellen zwecks Richten kontaktieren. Es liegt im Rahmen der Erfindung, wenn die Oberrollen 16, 17, 18, 19 wie bei der eingangs erwähnten Wellenricht- und -härtemaschine Modell HR separat an jeweils einem eigenen Arm am Querholm 3 befestigt und mit einem eigenen Zustellantrieb versehen sind.

Entsprechend weist die hintere sowie die vordere Unterwalze 20 bzw. 30 an den Richtstellen radial erweiterte "Unterrollen" 26, 27, 28, 29 auf, auf welchen das Werkstück 50 an den Richstellen ruht bzw. an denen es drehangetrieben ist. Bei den Unterrollen kann es sich auch um separate Unterrollen wie bei dem Maschinenmodell HR handeln, von denen jede einen eigenen Zustellantrieb aufweist.

Der Drehantrieb des Werkstückes 50 erfolgt durch Mitnahme des auf den drehangetriebenen Unterwalzen 20 und 30 abgelegten Werkstückes. Bei dem Maschinenmodell HR ist das Werkstück zwischen zwei stirnseitigen Körnerspitzen aufgenommen und gehalten, welche drehangetrieben sind. Die Erfindung ist sowohl mit dem einen wie mit dem anderen Drehantrieb für das Werkstück 50 realisierbar.

Die Maschine 1 ist bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform allseits von einer Kammer 60 umgeben, deren Decke 62 mit einem Kaltgaseinlaß in Form eines Kaltgasdüsenfeldes 64 versehen ist. An den nicht dargestellten Stirnwänden der Kammer 60 ist je ein Abgasauslaß angeordnet, durch welchen Abgas aus der Kammer 60 über eine nicht gezeigte Gasaufbereitungseinrichtung wieder den Kaltgasdüsen des Feldes 64 zugeführt wird. Im Inneren der Kammer 60 befindet sich eine Gasführungsvorrichtung 66, welche die Maschine 1 seitlich umgibt und oben sowie unten offen ist. Wenn Kaltgas entsprechenden Druckes durch die Düsen des Feldes 64 in die Kammer 60 eingeblasen wird, sorgt die Gasführungsvorrichtung 66 für eine kräftige Verwirbelung des die Maschine und insbesondere das heiße Werkstück 50 umströmenden Gases, wie das die Strömungspfeile 61, 63, 65, 67 andeuten. Damit ist ein konstanter Wärmeentzug aus dem Werkstück gewährleistet, und zwar bereits dann, wenn das Werkstück gerade in die Maschine 1 eingebracht ist und sich noch im Richtprozeß befindet.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigen Figuren 2 und 3. Hier haben die Oberwalze 10 sowie die Unterwalzen 20 und 30 jeweils einen solchen größten Durchmesser, daß zwischen der Oberwalze 10 und der hinteren Unterwalze 20 einerseits sowie zwischen der Oberwalze 10 und der vorderen Unterwalze 30 andererseits und schließlich zwischen den beiden Unterwalzen 20, 30 je ein Zwischenraum besteht, sodaß durch die Zwischenräume von drei in Umfangsrichtung gleich beabstandeten Richtungen aus je ein Kaltgasstrom auf das Werkstück 50 gelenkt werden kann.

Dazu ist ein unteres Kühlrohr 42 zwischen der vorderen und der hinteren Unterwalze 30, 20 parallel zum Werkstück 50 auf stirnseitige Lager 41 aufgesetzt und mit einer sich im wesentlichen parallel zum Werkstück 50 erstreckenden Reihe 43 von Kaltgasdüsen bestückt, von denen jede auf das Werkstück gerichtet ist. Entsprechend ist an vom Querholm 3 herabreichenden Trägern 45 ein hinteres Kühlrohr 44 befestigt und mit einer zum Werkstück 50 parallelen Reihe 47 von Kaltgasdüsen bestückt, die auf das Werkstück gerichtet sind. Und schließlich ist an vom Querhom 3 herabreichenden Trägern 49 ein vorderes Kühlrohr 46 befestigt und mit einer vorderen Reihe 48 von auf das Werkstück 50 gerichteten Kaltgasdüsen bestückt. Im Querholm 3 wie auch im Bett 2 befindet sich je eine nicht dargestellte Kaltgasversorgungsleitung, die an eine nicht gezeigte Kaltgasquelle angeschlossen ist. Mit dieser Einricvhtung ist es möglich, das Werkstück von drei in Umfangsrichtung um je 120° versetzten Richtungen mit Kaltgas anzuströmen, sodaß ein gleichmäßiger und rascher Wärmeentzug aus dem Werkstück erreicht wird.

Zum Beladen der Maschine 1 mit einem wellenförmigen Werkstück 50 wird der Querholm 3 mit Oberwalze 10 und Kühlrohren 44, 46 nach oben von den Unterwalzen 20, 30 abgeschwenkt und das Werkstück 50 auf die Unterwalzen 20, 30 so abgelegt, daß die zu richtenden Partien des Werkstückes genau an den Richtstellen 4, ..., 9 liegen. Sodann wird der Querholm 3 in die Horizontale abgesenkt, bei der zwar die Kühlrohre 44, 46 bereits ihre Arbeitsposition eingenommen haben, die Oberwalze 10 jedoch noch nicht zugestellt ist. Jetzt wird der Zustellantrieb für die Oberwalze aktiviert, sodaß die Oberwalze 10 ihren Zustellhub ausführt. Ein mit der Vertikalbewegung der Oberwalze gekoppelter, nicht dargestellter Schaltarm löst bei Erreichen einer vorgegebenen Position einen an die Maschinensteuerung weitergeleiteten elektrischen Impuls aus, die daraufhin den Ausstrom von Kaltgas durch die Düsenreihen 43, 47, 48 freigibt. Da diese Position nach Wahl eingestellt werden kann, ist der Beginn der Werkstückabschreckung in Abhängigkeit von der Oberwalzen-Zustellung steuerbar.

Wie dargestellt erstrecken sich die Kühlrohre 42, 44, 46 über die volle Länge des Werkstückes 50, sodaß nicht nur die Richstellen sondern auch die zwischen ihnen liegenden Werkstückpartien gekühlt werden. Gleiche Maßnahmen lassen sich bei dem Maschinenmodell HR treffen, wobei dann bei Bedarf noch die Möglichkeit besteht, an den Werkstückabschnitten zwischen den einzelnen Richtstellen weitere kurze Kühlrohre in Umfangsrichtung zwischen den Kühlrohren 42, 44, 46 anzubringen, um dadurch dien Wärmeentzug zu beschleunigen.

Claims (9)

1. Maschine zum Richten und Härten von wellenförmigen, insbesondere langgestreckten Werkstücken auf ein vorgegebenes Richtmaß, mit einer Aufnahmevorrichtung für das Werkstück (50), mehreren drehbaren, das Werkstück beim Richten an vorgegebenen Richtstellen (4, 5, 6, 7, 8, 9) unterfassenden Unterrollen sowie mit mehreren drehbaren an den Richtstellen angeordneten Oberrollen, von denen jede mit einem Zustellantrieb gekoppelt ist, sowie mit einem Drehantrieb für das Werkstück und einer Werkstück-Abschreckeinrichtung, gekennzeichnet durch eine die Aufnahmevorrichtung sowie die Unterrollen und die Oberrollen umgebende Kammer (60) mit dem Werkstück Kaltgas zuführenden Kaltgasdüsen und einem Abgasauslaß, welcher über eine Gasaufbereitungseinrichtung mit den Kaltgasdüsen verbunden ist.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß längs des eingespannten Werkstückes (50) mehrere Reihen (43, 47, 48) von Kaltgasdüsen angeordnet sind.
3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen um den Umfang des Werkstückes gleich verteilt angeordnet sind.
4. Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Reihen parallel zur Werkstückachse erstrecken.
5. Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Richtstelle zwischen der Oberrolle und den beiden zugeordneten Unterrollen wenigstens eine Kaltgasdüse sowie zwischen den Richtstellen weitere Kaltgasdüsen angeordnet sind.
6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Richtstelle zwischen der Oberrolle und je einer der zugeordneten Unterrollen sowie zwischen den beiden Unterrollen wenigstens je eine Kaltgasdüse angeordnet ist.
7. Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen an Kühlrohren (42, 44, 46) ausgebildet sind.
8. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberrollen Teil einer Oberwalze (10) und die Unterrollen Teil einer vorderen bezw. einer hinteren Unterwalze (20, 30) sind.
9. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Abschreckung in Abhängigkeit vom Zustellhub der Oberrollen bezw. der Oberwalze (10) steuerbar ist.

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