EP1685355B1

EP1685355B1 - Anlage und verfahren zum wärmebehandeln von verschiedenartigen werkstücken

Info

Publication number: EP1685355B1
Application number: EP04818802A
Authority: EP
Inventors: Salim-Phillip Afraz; Wolfgang Schalberger
Original assignee: LOI Thermprocess GmbH
Current assignee: LOI Thermprocess GmbH
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2024-11-18
Also published as: DE102004055808A1; ATE504792T1; EP1685355A2; DE502004012382D1; WO2005050112A2; WO2005050112A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Wärmebehandeln von Werkstücken mit einem taktweise drehbeweglichen Drehherdofen, der eine Außen- und eine Innenwand aufweist, die einen Ofenraum begrenzen, mit Türen, die den Ofenraum in mehrere Behandlungszonen unterteilen, mit einer erste und einer zweiten verschließbaren Öffnung zum Be- oder Entladen, wobei die Öffnungen in der Außenwand angeordnet sind und wobei jeder Öffnung eine Transporteinrichtung für die Werkstücke und eine Abschreckeinrichtung zugeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der Anlage zum Wärmebehandeln von Werkstücken.
Eine derartige Anlage, die aus der WO 03/081156 A1 bekannt ist und die zum Härten von Werkstücken verwendet wird, weist in einer Außenwand zwei verschließbare Öffnungen zum Be- und Entladen auf. Einer ersten Öffnung ist eine erste Abschreckvorrichtung in Form einer Härte-Presse und einer zweiten Öffnung ist eine zweite Abschreckeinrichtung in Form eines Abschreckbades vorgelagert. Letzteres ist mittels einer Schleuse direkt mit dem Drehherdofen verbunden. Der ersten Öffnung ist eine erste Transporteinrichtung in Form einer Stoßeinrichtung und der zweiten Öffnung ist eine zweite Transporteinrichtung in Form eines Beschickungs-Roboters bzw. Manipulators zugeordnet.
Die Werkstücke werden in dem Drehherdofen in mehreren Behandlungszonen erwärmt, aufgekohlt und in einer der Abschreckeinrichtungen abgeschreckt. Anschließend werden die gehärteten Werkstücke auf eine Rollenbahn befördert und gelangen in einen Wascher sowie einen Anlassofen, in welchem die Werkstücke aufgrund mäßiger Erwärmung von Spannungen befreit werden.
Der Drehherdofen kann für das Erwärmen und Aufkohlen von ersten Werkstücken benutzt werden, die einzeln in der ersten Abschreckeinrichtung in Form einer Härtemaschine bzw. Härtepresse abgeschreckt werden. Der Drehherdofen kann alternativ für das Erwärmen und Aufkohlen von zweiten Werkstücken eingesetzt werden, die frei in Abschreckbädem abgeschreckt werden und die zu Chargen gepackt sind, die sich auf Chargenträgern, z. B. Gitterrosten oder in Körben oder ähnlichen Behältnissen befinden. Die Flexibilität hinsichtlich Einsatzmöglichkeiten ist daher begrenzt.
Außerdem hat eine Ausführungsform der bekannten Anlage den Nachteil, dass der Ofenraum, der sich in Drehrichtung zwischen den beiden Öffnungen befinden, nicht für die Wärmehandlung genutzt werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäss darin, eine Anlage der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die gleichzeitige Wärmebehandlung von verschiedenartigen Werkstücken ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist die Anlage dadurch gekennzeichnet, dass der Drehherd in Drehrichtung in mehrere definierte erste Plätze für mindestens ein erstes Werkstück und zweite Plätze für mindestens ein zweites Werkstück unterteilt ist, wobei sich die ersten und zweiten Plätze abwechseln, dass die ersten Plätze mit Einbauten versehen sind, die zur Wärmespeicherung ausgebildet sind, deren Wärmekapazität mindestens das 1,5fache der Wärmekapazität der ersten Werkstücke beträgt, dass sich zwischen den Öffnungen in Drehrichtung mindestens eine Behandlungszone erstreckt, wobei die Anzahl der Plätze in der Behandlungszone ein ganzteiliges Vielfaches von zwei beträgt und dass der Drehherd bei der taktweisen Drehung um einen Förderhub um die Länge von mindestens zwei Plätzen in Drehrichtung drehbar ist.
Jedes Werkstück, welches in den ringförmigen Ofenraum eingebracht wird, durchläuft diesen komplett und wird durch dieselbe Öffnung entnommen. Die Länge jeder Behandlungszone muss bei zwei verschiedenen Werkstückarten mindestens zwei Plätze oder ein ganzzahliges Vielfaches von zwei, beispielsweise vier, sechs oder acht betragen.
Auf diese Weise wird die gleichzeitige Wärmebehandlung von verschiedenartigen Werkstücken in einem einzigen Drehherdofen ermöglicht und der Ofenraum optimal ausgenutzt.
Die ersten Plätze sind mit Einbauten versehen, die zur Wärmespeicherung ausgebildet sind. Die Wärmekapazität beträgt mindestens das 1,5fache der Wärmekapazität der ersten Werkstücke. Wenn diese Einbauten ständig im Ofenraum verbleiben, können sie Wärme speichern, die an die kalten Werkstücke abgegeben werden kann, sobald diese in den Ofenraum eingebracht werden. Die Einbauten dienen somit als Sekundärheizkörper, die bewirken, dass die Werkstücke schnell aufgeheizt werden und die sich die Taktzeit verringert.
Die Aufgabe wird alternativ durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruches 2 gelöst.
Erfindungsgemäß ist die Anlage dadurch gekennzeichnet, dass in der Außenwand eine dritte Öffnung angeordnet ist, wobei der dritten Öffnung eine Transporteinrichtung für die Werkstücke und eine Abschreckeinrichtung zugeordnet ist, wobei der Drehherd in Drehrichtung in mehrere definierte erste Plätze für erste Werkstücke, zweite Plätze für zweite Werkstücke sowie dritte Plätze für dritte Werkstücke unterteilt, wobei sich die ersten, zweiten und dritten Plätze abwechseln, dass die ersten Plätze (8) mit Einbauten versehen sind, die zur Wärmespeicherung ausgebildet sind, deren Wärmekapazität mindestens das 1,5flache der Wärmekapazität der ersten Werkstücke beträgt, dass sich zwischen den Öffnungen in Drehrichtung mindestens eine Behandlungszone erstreckt, wobei die Anzahl der Plätze in der Behandlungszone ein ganzteiliges Vielfaches von drei beträgt und dass der Drehherd bei der taktweisen Drehung um einen Förderhub um die Länge von mindestens drei Plätzen in Drehrichtung drehbar ist.
Vorzugsweise sind die ersten Plätze mit Einbauten versehen, deren Kohlenstoffaktivität im Wesentlichen gleich 1 ist. Die Kohlenstoffverfügbarkeit wird nicht reduziert, weil an den erhitzten Einbauten kein Kohlenstoff bzw. Russ ausfällt.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Einbauten aus hochtemperaturbeständigen Keramik, insbesondere SIC oder kohlenstofffaserverstärker Keramik bestehen. Keramik weist einen geringen Ausdehnungskoeffizienten auf, so dass sich die Einbauten nicht verziehen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Einbauten zur Lagerung der Werkstücke ausgebildet sind.
Die Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten und/oder der dritten Öffnung eine Abschreckeinrichtung in Form eines Abschreckbades zugeordnet ist, wobei das Abschreckbad mittels einer beheizbaren Schleuse, die zur Zwischenlagerung von Werkstücken ausgebildet ist, die zur Zwischenlagerung von Werkstücken ausgebildet ist, direkt mit dem Dreherdofen verbunden ist. Schließlich bietet die Erfindung die vorteilhafte Möglichkeit, dass den Abschreckeinrichtungen ein gemeinsamer Anlassofen nachgeschaltet ist, der je eine Bahn für die ersten, zweiten oder ggf. dritten Werkstücke aufweist.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Takt durch jede Öffnung ein Werkstück in den Ofenraum eingebracht und entladen wird und dass sich zwischen den Öffnungen in Drehrichtung mindestens eine Behandlungszone erstreckt, in der während der Wärmebehandlung ein Wärmetausch zwischen ersten, zweiten und ggf. dritten Werkstücken stattfindet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung erläutert.
Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Anlage zur Wärmebehandlung;

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Anlage wird zum Einsatzhärten, d. h. Gasaufkohlen und Härten von verschiedenartigen Werkstücken, beispielsweise Tellerrädern, welche in einer Härtepresse abgeschreckt werden und Antriebskegelrädem, welche frei in einem Abschreckbad abgeschreckt werden, verwendet.
Die Anlage zur Wärmebehandlung von Werkstücken weist einen Drehherdofen 1, der einen taktweise drehbeweglichen Drehherd 2 und eine Außen- und Innenwand 3a, b aufweist, die einen Ofenraum 4 begrenzen, der mittels vertikal beweglicher Türen 5a-f in mehrere Behandlungszonen 6a-d unterteilt ist.
In der Außenwand 3a befindet sich eine erste verschließbare Öffnung 7 zum Be- und Entladen von mehreren ersten Werkstücken, hier Tellerrädern, welche einzeln in einer Härtepresse abgeschreckt werden. Der ersten Öffnung 7 ist eine erste Transporteinrichtung 9 in Form eines Beschickungs-Roboters bzw. Manipulators zugeordnet, mit dessen Hilfe die ersten Werkstücke in den Ofenraum 4 hinein und hinaus transportiert werden. Der ersten Öffnung 7 ist eine erste Abschreckvorrichtung 10 in Form einer Härtemaschine bzw. Härte-Presse vorgelagert, in der die ersten Werkstücke einzeln abgeschreckt werden.
In der Außenwand 3a befindet sich beabstandet von der ersten Öffnung 7 eine zweite Öffnung 1.1, zum Be- und Entladen von zweiten Werkstücken, hier Antriebskegelrädern. Der zweiten Öffnung 11 ist eine zweite Abschreckeinrichtung in Form eines Abschreckbades 13 vorgelagert. Letzteres ist mittels einer Schleuse 14 direkt mit dem Drehherdofen 1 verbunden. Der zweiten Öffnung 11 ist eine zweite Transporteinrichtung 15 in Form einer Stoßeinrichtung zugeordnet. Um die Transport-bzw. Stoßzeiten zu verkürzen, ist die Schleuse 14 beheizt und so ausgebildet, dass eine Charge bzw. ein Rost in der Schleuse zwischengelagert werden kann. Die zweiten Werkstücke 12 werden frei im Abschreckbad abgeschreckt und sind zu Chargen gepackt, die sich auf Chargenträgern, z. B. Gitterrosten oder in Körben oder ähnlichen Behältnissen befinden.
Der Drehherd 2 des Drehherdofens 1 ist taktweise drehbeweglich. Der Drehherd bewegt sich nur in eine Richtung, und zwar hier entgegen dem Uhrzeigersinn.
Auf dem Drehherd wechseln sich in Drehrichtung erste Plätze 8 für mehrere erste Werkstücke und zweite Plätze 12 für mehrere zweite Werkstücke 12 ab. Somit ist der gesamte Drehherd in erste Plätze 8 und zweite Plätze 12 aufgeteilt.
Bei jedem Förderhub des Drehherdes werden erfindungsgemäß zwei plätze, d. h. ein erster Platz 8 mit ersten Werkstücken und ein zweiter Platz 12 mit zweiten Werkstücken weiterbewegt. Die Länge eines Förderhubes entspricht somit zwei Plätzen. Damit ist gewährleistet, dass stets ein erstes Werkstücke 8 vor der ersten Öffnung 7 und somit vor der ersten Abschreckeinrichtung und gleichzeitig zweite Werkstücke 12 vor der zweiten Öffnung 11 und dementsprechend vor der zweiten Abschreckeinrichtung ankommen.
Jedes Werkstück, das in den ringförmigen Ofenraum eingebracht wird, durchläuft diesen komplett und wird durch die selbe Öffnung entnommen. Die Länge jeder Behandlungszone muss bei zwei verschiedenen Werkstückarten mindestens zwei Plätze oder ein ganzzahliges Vielfaches von zwei, beispielsweise vier oder sechs betragen.
Werden drei verschiedene Werkstückarten zeitgleich wärmebehandelt, muss eine dritte Öffnung 20 zum Be- und Entladen vorhanden sein. Die Länge jeder Behandlungszone muss mindestens drei Plätze oderein ganzzahliges Vielfaches von drei, beispielsweise sechs oder neun betragen.
Die Behandlungszonen 6a-d weisen jeweils definierte Temperaturen und Behandlungsatmosphären auf. Beim Aufkohlungsprozess werden die Werkstücke in den Behandlungszonen auf bekannte Art und Weise erwärmt, wobei ein Stoffübergang stattfindet. Vor der Entnahme, d. h. in letzten Behandlungszone werden die Werkstücke auf die Härtetemperatur abgekühlt. In der letzten Behandlungszone beiträgt der Kohlenstoffpegel 0,7% bis 0,8%, um einen Randkohlenstoffgehalt in den Werkstücken in der selben Höhe zu erreichen.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die ersten Plätze mit nicht im Detail dargestellten Einbauten versehen sind, die zur Wärmespeicherung ausgebildet sind. Die Einbauten weisen eine große Wärmespeichermasse und in Bezug auf die ersten Werkstücke eine große Wärmekapazität auf und verhalten sich gleichzeitig gegenüber der kohlenstoffhaltigen Behandlungsatmosphäre neutral, d. h. dass deren Kohlenstoffaktivität im wesentlichen gleich 1 ist. Wenn diese Einbauten ständig im Ofenraum verbleiben, können sie Wärme speichern, die an die kalten Werkstücke abgestrahlt werden kann, sobald diese in den Ofenraum eingebracht werden. Die Einbauten dienen somit als Sekundärheizkörper. Die Erwärmung der Werkstücke wird durch die Strahlungswärme verkürzt. Gleichzeitig wird die Kohlenstoffverfügbar keit nicht reduziert, weil an den erhitzten Einbauten kein Kohlenstoff bzw. Russ ausfallen kann.
Vorzugsweise bestehen die Einbauten aus hochtemeraturbeständiger Keramik. Die Einbauten können zusätzlich zur Lagerung der Werkstücke dienen. Die Einbauten sind in diesem Fall als Gestelle mit mehreren übereinander angeordneten Böden zur Aufnahme von Werkstücken ausgebildet. Diese Gestelle bilden stapelbare Module, die geschlossene Wände und Böden aufweisen. Auf die Gestelle sind beispielsweise die ersten Werkstücke einzeln gelagert. Die einzelnen Werkstücke können sich auch auf Tragelementen befinden. Dies sind beispielsweise -Gitterroste aus hitzebeständigem Stahl, auf denen die Werkstücke be- und entladen werden. Die einzelnen Module bilden einen einzelnen freistehenden Chargenstapel, so dass die Ofenzonen durch die Zwischentüren voneinander getrennt werden können. Wenn die Chargenstapel in Nischen in der Ofenausmauerung eingebaut werden, besteht auf einfache Weise eine zusätzliche Trennung der Ofenzonen.
Die Werkstücke, die durch eine Öffnung in den Ofenraum eingebracht werden, durchlaufen diesen komplett und werden durch die selbe Öffnung entnommen. Die Länge jeder Behandlungszone muss bei zwei verschiedenen Werkstückarten mindestens zwei Plätze oder ein ganzzahliges Vielfaches von zwei, beispielsweise vier oder sechs betragen. Werden drei verschiedene Werkstückarten zeitgleich wärmebehandelt, muss die Länge einer Behandlungszone mindestens drei Plätze oder ein ganzzahliges Vielfaches von drei, beispielsweise sechs oder neun betragen.
In Drehrichtung zwischen den beiden Öffnungen 7 und 11 des Drehherdofens 1 befindet sich eine Behandlungszone 6a. Diese fungiert als erste Behandlungszone für die ersten Werkstücke 8 und gleichzeitig als letzte Behandlungszone für die zweiten Werkstücke 12 , bevor letztere durch die Öffnung 11 den Ofenraum verlassen.
In der Behandlungszone 6a findet ein Wärmetausch zwischen den verschiedenartigen Werkstücken auf den ersten und zweiten Plätzen statt. Wärmespeichernde Einbauten auf den Plätzen für die ersten Werkstücke wirken als Sekundärheizkörper, die Wärme abstrahlen. Auf diese Weise wird die gleichzeitige Wärmebehandlung von verschiedenartigen Werkstücken in einem einzigen Drehherdofen ermöglicht, die Taktzeiten erhöht und der Ofenraum optimal ausgenutzt.
Nach dem Aufkohlen in dem Drehherdofen werden die Werkstücke in einer der Abschreckeinrichtungen abgeschreckt. Nach dem Abschrecken werden die Werkstücke auf Rollenbahnen 16a, b befördert und gelangen in je einen Wascher 17a, b sowie einen gemeinsamen Anlassofen 18, in welchem die ersten und die zweiten Werkstücke aufgrund mäßiger Erwärmung von Spannungen befreit werden.
Erfindungsgemäß weist der Anlassofen 18 je eine Bahn 19a, b für die ersten und die zweiten Werkstücke auf. Die Be- und Entladung der Chargen und der Einzelteile erfolgen sortenrein über die separate Rollbahnen 16a, 16b.
Im Rahmen der Erfindung können auch drei verschiedenartige Werkstücke gleichzeitig wärmebehandelt werden. In diesem Fall entspricht die Länge eines Förderhubes drei Plätzen, um zu gewährleisten, dass alle Werkstücke vor derjenigen Öffnung ankommen, durch die sie in den Ofen gelangt sind.

Claims

Anlage zum Wärmebehandeln von verschiedenartigen Werkstücken, mit einem taktweise drehbeweglichen Drehherdofen (1), der eine Außen- und eine Innenwand (3a, 3b) und einen Drehherd aufweist, die einen Ofenraum (4) begrenzen,mit beweglichen Türen (5), die den Ofenraum in mehrere Behandlungszonen (6) unterteilen, mit einer erste und einer zweiten verschließbaren Öffnung (7, 11) zum Be- oder Entladen, wobei die Öffnungen in der Außenwand (3a) angeordnet sind und wobei jeder Öffnung eine Transporteinrichtung für die Werkstücke und eine Abschreckeinrichtung (10, 13) zugeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Drehherd (1) in Drehrichtung in mehrere definierte erste Plätze (8) für mindestens ein erstes Werkstück und zweite Plätze (12) für mindestens ein zweites Werkstück unterteilt ist, wobei sich die ersten und zweiten Plätze (8, 12) abwechseln,
dass die ersten Plätze (8) mit Einbauten versehen sind, die zur Wärmespeicherung ausgebildet sind, deren Wärmekapazität mindestens das 1,5fache der Wärmekapazität der ersten Werkstücke beträgt,
dass sich zwischen den Öffnungen (7, 11) in Drehrichtung mindestens eine Behandlungszone (6) erstreckt, wobei die Anzahl der Plätze (8, 12) in der Behandlungszone-(6) ein ganzteiliges Vielfaches von zwei beträgt und dass der Drehherd bei der taktweisen Drehung um einen Förderhub um die
Länge von mindestens zwei Plätzen (8, 12) in Drehrichtung drehbar ist.
Anlage zum Wärmebehandeln von verschiedenartigen WerKstücken,
mit einem taktweise drehbeweglichen Drehherdofen (1) der eine Außen- und eine Innenwand (3a, b) und einen Drehherd aufweist, die einen Ofenraum (4) begrenzen, mit beweglichen Türen (5), die den Ofenraum in mehrere Behandlungszonen (6) unterteilen, mit einer erste und einer zweiten verschließbaren Öffnung (7, 11) zum Be- oder Entladen, wobei die Öffnungen in der Außenwand (3a) angeordnet sind und wobei jeder Öffnung eine Transporteinrichtung für die Werkstücke und eine Abschreckeinrichtung (10, 13) zugeordnet ist. dadurch gekennzeichnet,
dass in der Außenwand (3a) eine dritte Öffnung angeordnet ist, wobei der dritten Öffnung eine Transporteinrichtung für die Werkstücke und eine Abschreckeinrichtung zugeordnet ist,
dass der Drehherd in Drehrichtung in mehrere definierte erste Plätze (8) für erste Werkstücke und zweite Plätze (12) für zweite Werkstücke sowie dritte Plätze für dritte Werkstücke unterteilt ist, wobei sich die ersten, zweiten und dritten Plätze (8, 12) abwechseln,
dass die ersten Plätze (8) mit Einbauten versehen sind, die zur Wärmespeicherung ausgebildet sind, deren Wärmekapazität mindestens das 1,5fache der Wärmekapazität der ersten Werkstücke beträgt,
dass sich zwischen den Öffnungen (7, 11) in Drehrichtung mindestens eine Behandlungszone (6) erstreckt, wobei die Anzahl der Plätze (8, 12) in der Behandlungszone (6) ein ganzteiliges Vielfaches von drei beträgt und dass der Drehherd bei der taktweisen Drehung um einen Förderhub um die Länge von mindestens drei Plätzen (8, 12) in Drehrichtung drehbar ist.
Anlage nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Plätze (8) mit Einbauten versehen sind, deren Kohlenstoffaktivität gleich 1 ist.
Anlage nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einbauten aus hochtemperaturbeständiger Keramik bestehen.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einbauten zur Lagerung der Werkstücke ausgebildet sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten und/oder der dritten Öffnung (11) eine Abschreckeinrichtung (13) in Form eines Abschreckbades zugeordnet sind, welches mittels einer beheizbaren Schleuse (14), die zur Zwischenlagerung von Werkstücken ausgebildet ist, direkt mit dem Dreherdofen (1) verbunden ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass den Abschreckeinrichtungen (10, 13) ein gemeinsamer Anlassofen (18) nachgeschaltet ist, der je eine Bahn für die ersten, zweiten und ggf. dritten Werkstücke aufweist.
Verfahren zum Betreiben de Anlage nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 7 zum Wärmebehandeln von verschiedenartigen Werkstucken,
dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Takt durch jede Öffnung ein Werkstück in den Ofenraum eingebracht und entladen wird und dass sich zwischen den Öffnungen in Drehrichtung mindestens eine Behandlungszone erstreckt, in der während der Wärmebehandlung ein Wärmetausch zwischen ersten, zweiten und ggf. dritten Werkstücken stattfindet.