EP2700725A2 - Fixtur zum Härten eines einzeinen ringförmigen Werkstücks - Google Patents

Fixtur zum Härten eines einzeinen ringförmigen Werkstücks Download PDF

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EP2700725A2
EP2700725A2 EP13004141.1A EP13004141A EP2700725A2 EP 2700725 A2 EP2700725 A2 EP 2700725A2 EP 13004141 A EP13004141 A EP 13004141A EP 2700725 A2 EP2700725 A2 EP 2700725A2
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EP
European Patent Office
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workpiece
quenching agent
fixture
mandrel
gaseous
Prior art date
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EP13004141.1A
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EP2700725A3 (de
EP2700725B1 (de
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Thomas Streng
Götz Kapper
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Heess & Co KG GmbH
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Heess & Co KG GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/40—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rings; for bearing races
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching

Definitions

  • the invention relates to a fixture for curing a single annular workpiece and a method thereof.
  • hardening is applied to metallic workpieces, in particular steel, in order to give them sufficient and / or predetermined hardness and resistance to mechanical stresses, such as static or dynamic deformation by tension, pressure, bending and wear, depending on their specific later use ,
  • a workpiece When a workpiece is hardened, it is generally heated to a material-specific hardening temperature, held for a certain time on this material-specific preconditions and then quenched. After quenching usually follows the step of tempering, in which the workpiece is in turn heated to a material and / or hardness-specific temperature and then again cooled to room temperature. During tempering, the hardness decreases with the temperature, whereas, however, the toughness is increased, so that the ductility which is necessary due to an application-specific load is often only guaranteed by the tempering.
  • a receiving device for E Gay different degrees of hardness of curable workpieces which for receiving the workpiece has a plurality of arranged on two opposite sides of the workpiece modules, which comprise routes of at least one routing system for supplying cooling media and at least one formed for abutment with the male workpiece wall portion for indirect cooling of the workpiece on a side facing away from the workpiece to a Routing borders, and at least one wall region, at which for direct cooling of the workpiece, a route to the male workpiece is open, and the routes channel and / or slit-like and for supplying fluids and / or gases are formed.
  • the present invention has the object to provide a further improved Fixtur and a method for curing a single, annular workpiece, which is a low-distortion hardening and thus hardening of an annular workpiece with high precision with gaseous media and without the use of a pressure-tight quenching chamber.
  • the invention therefore proposes a method for hardening each of a single, annular workpiece, wherein in each case a single, to be hardened annular workpiece is slipped either with its inner opening on a mandrel until the workpiece rests with a first end face on a support or initially placed with a first end face on a support and then a mandrel is inserted into the inner opening of the workpiece.
  • one or more hold-downs are moved from one of the first end face opposite side in the direction of the support until the hold or on one of the first end face opposing second end face of the workpiece kraftbeaufschlagt rests or rest, and then cold gaseous quenching the workpiece bounding and opposing surfaces of the workpiece is supplied and heated quenching is removed, in particular at least to a radially inwardly directed inner surface of the workpiece, which limits the workpiece to the inner opening of the workpiece, and to a radially outwardly directed outer surface of the Workpiece supplied or supplied to at least the first and second end face and heated quenching agent is removed.
  • the invention proposes a fixture for hardening each of a single, annular workpiece, which comprises a mandrel arranged in the fixture, which is arranged coaxially to the axis of rotation of the workpiece, and through the inner opening during hardening of the annular workpiece extends.
  • the fixture according to the invention additionally has a force application device with a support and one or more hold-downs (s) which are mechanically movable along the axis of rotation, wherein the workpiece rests on the support during curing with a first end face and the hold-down device on a second end face opposite the first end face Stresses for applying cold gaseous quenching to the workpiece limiting and mutually opposing surfaces of the workpiece and for discharging heated quenching out of the fixture, in particular for supplying cold gaseous quenching agent at least on a radially inwardly directed inner surface of the workpiece, which delimits the workpiece towards the inner opening of the workpiece, and to a radially outwardly directed outer surface of the workpiece, as well as for discharging heated quench from the fixture, or at least the first and second faces, and heated quench from the fixture.
  • a force application device with a support and one or more hold-downs (s) which are mechanically movable along the axis of rotation
  • the fixture in contrast to a receiving device which has only on two opposite sides of the workpiece arranged modules with routes is used in addition to the exercise of the necessary mechanical forces, the workpiece by means of the mandrel while hardening around in the form and in addition by means of supports and hold-down is held level. Furthermore, the inventive fixture is used to influence the supply of the gaseous quenching agent. In contrast, e.g. Thus, to harden a plurality of batch-picked workpieces, a controlled and reproducible flow of quenchant is achievable for each individual work piece, resulting in more uniform quenching and further significantly reducing the drafting behavior of each workpiece to be cured.
  • the gaseous quenching agent depending on the specific formation of each individual workpiece to the respective larger area, the workpiece delimiting and opposing surfaces can be supplied, which consequently leads to a further improved quenching behavior of each workpiece to be cured.
  • the method and the fixture are expediently designed such that the cold gaseous quenching means at least at the radially inward directed inner surface of the workpiece and to the radially outwardly directed outer surface is supplied. If, however, the annular workpiece is formed such that the thickness of the workpiece is less than the difference between the outer radius of the workpiece and the radius of the opening, the method and the fixture are advantageously designed such that the cold gaseous quenching agent at least to the outer first end face and the outer second end surface is supplied.
  • FIGS. 1 and 2 Reference is made to which not to scale sketches a gas quenching invention for curing a received in a fixture individual annular workpiece by flowing ( Fig. 1 ) or by direct flow ( Fig. 2 ) of a workpiece 3 with gas greatly simplified represent.
  • the hot workpiece 3 can first also with a aligned in the direction of the axis of the opening first according to FIG. 1 or 2 lower end face 5 are placed on a support 2 of the fixture and then a mandrel 1 of the fixture in the opening of the workpiece, which usually extends centrally through the annular workpiece 3, are introduced.
  • the mandrel 1 of the fixture must be designed correspondingly movable, wherein the mandrel is in this case expediently movable in practical implementation of the fixture in such a way that it can be moved from the first, according to FIG. 1 or 2 lower end face 5 forth is introduced into the opening of the workpiece.
  • a holding-down device 4 of the fixture is moved from one side opposite the first end face 5 and parallel to the direction of the axis of the opening in direction "R" of the support 2, until the hold-down device 4 projects on a second end face 6 of the first end face 5 Workpiece 3 rests subjected to force.
  • a hold-down device composed of a plurality of sub-elements or a plurality of hold-down devices may be provided. For reasons of better clarity, however, the following embodiments are described essentially only with reference to a hold-down device.
  • the outer first end face 5 and the outer second end face 6 of the workpiece 3, directed counter to the first end face 5, are ring-shaped, with both the first end face 5 being expediently essentially rests completely on the support 2 as well as on the substantially complete second end face 6 of the hold-4 rests, alternatively rest the hold-down.
  • the support 2 and the hold-down 4 are therefore expediently also annular.
  • the mandrel 1 can also keep the workpiece 3 round in shape over its outer diameter during the hardening process.
  • the workpiece is thus fixed in the fixture such that during curing a possible distortion of the workpiece is substantially reduced and in the ideal case substantially any distortion is excluded.
  • annular workpiece formed such that its thickness is greater than the difference between the outer radius of the workpiece and the radius of the opening.
  • the ring-shaped workpiece may also be disc-shaped and thus be designed in the context of the invention such that the thickness of the workpiece is less than the difference between the outer radius of the workpiece and the radius of the opening.
  • the quenching behavior of each workpiece to be cured can be further improved if the cold gaseous quenching agent is supplied to at least the respective larger area, the workpiece limiting, opposing surfaces.
  • a correspondingly designed fixture for hardening in each case a single, annular workpiece 3 and thus for receiving and fixed holding the workpiece during the hardening process thus comprises a mandrel 1, which is arranged coaxially to the axis of rotation of the workpiece 3, and during hardening of the ring-shaped workpiece 3 can extend through the inner opening, as well as a Kraftbeierschlagungs device with a support 2 and one or more along the axis of rotation mechanically movable hold-down 4, such that the workpiece 3 rests with the first end face 5 on the support 2 during curing and the one or more hold-downs 4 rests on the first end face 5 directed counter to the second end face 6 of the workpiece 3 kraftbeaufschlagt or rest.
  • the mandrel 1 may be designed to be mechanically movable along the axis of rotation.
  • the fixture For supplying the cold gaseous quenching to the workpiece 3 limiting, opposing and opposing surfaces and thus according to Fig. 1 and 2
  • the fixture at least to the radially inwardly directed inner surface of the workpiece 3, which bounds the inner opening of the workpiece 3, and to the radially outwardly directed outer surface of the workpiece 3 as the workpiece limiting, opposing and opposing surfaces, the fixture also has correspondingly formed Routes to, in the FIGS. 1 and 2 shown with the arrows.
  • the fixture further comprises in the figures, not shown, routes for removing heated quenching out of the fixture, which are in the simplest case, outwardly open passages in the fixture.
  • a fixture according to the invention is therefore not gas-tight.
  • the fixture thus serves to exert the necessary mechanical forces in order to hold the workpiece 3 in the form and even during hardening and to influence the supply of the gaseous quenching agent.
  • a controlled and reproducible flow of quenchant is achievable for each individual work piece, resulting in more uniform quenching and further significantly reducing the drafting behavior of each work piece to be cured.
  • the routes are also expediently formed in the fixture such that the supply of the gaseous quenching agent initially takes place from below the mandrel 1, as at FIG. 1 and at FIG. 3 showing a sketch of an embodiment of a fixture with a single annular workpiece received therein for quenching the workpiece by flowing the workpiece with gas.
  • Routes formed in the support 2, for example in the form of grooves or other application-specific passages 7, and passages formed on the outer surface of the mandrel 1, eg also in the form of grooves or other application-specific regions 8 with reduced outside diameter, can be the gaseous quenching agent
  • the gaseous quenching agent can be guided around both on the radially inner side and on the radially outer sides or surfaces of the workpiece 3, and flow around this.
  • an expedient embodiment of the invention to initiate the gaseous quenching agent, for example via a central bore 13 in the support 2, after which the quenching agent can flow through, for example, in the form of grooves formed passages 7 in the support on the mandrel 1 over, so that the workpiece is flowed around not only by means of the areas 8 at its radially inwardly directed inner surface but also at its radially outwardly directed outer surface.
  • the gaseous quenching agent can also be supplied at least partially from within the mandrel 1, in particular at least to the radially inwardly directed inner surface of the workpiece 3. Further, on the side of the fixture opposite the feed side of the quench means, passages 9, 9a leading outwardly from the fixture (FIG. Fig.
  • passages 9 formed on the hold-down 4 can be adjusted in a simple manner only by supplying cold gaseous quenching a gas flow, which both the workpiece substantially completely flows around and beyond after flowing around the workpiece, the heated quenching agent via the passages 9a finally leads to the outside of the fixture.
  • At least one temperature sensor 10 for detecting the temperature on the workpiece 3, which is connected to a control and / or regulating device, not shown, for adjusting the supply of quenching agent based on the temperature on the workpiece, can easily supply the quenching agent, for example with respect to Supply temperature and / or supply amount of the quenching agent, based on the temperature detected on the workpiece 3 set application-specific, in particular regulated.
  • FIG. 2 a sketch of an embodiment of a fixture with a single, received therein annular workpiece for quenching the workpiece by flowing the workpiece with gas shows, for supplying the gaseous quenching at least partially from within the mandrel 1 in particular at least to the radially inwardly directed inner surface of the workpiece 3 expediently at least partially also routes 11 within be formed of the mandrel, whereby moreover a faster cooling behavior of the workpiece 3 is ensured.
  • the invention provides in a further development, additionally arranged within the mandrel and radially outwardly directed nozzles 12 for direct flow at least the radially inwardly directed inner surface of the workpiece to these routes 11.
  • Such nozzles 12 may be trained in the simplest training in the mandrel 1 corresponding holes.
  • such nozzles arranged in the mandrel can also be components incorporated in the mandrel with a variable opening cross-section, so that by means of these, in particular in connection with at least one temperature sensor 10 arranged in the fixture and on the workpiece 3, via a control and / or connected thereto. or regulating device for adjusting the supply of quenching agent, it is also advantageous to be able to set the pressure of the supplied quenching means for direct impingement by changing the opening cross-section in an application-specific manner.
  • the embodiment according to Fig. 4 are also turn out to the outside of the fixture leading passages 9, 9a to remove the heated during the hardening process Quenching targeted away from the workpiece 3 away and outward from the fixture.
  • nozzles 12a for a direct Influxes are provided at least one radially outwardly directed outer surface of the workpiece 3, by radially inwardly directed supplying the gaseous quenching agent under pressure by means of the routes 11a and the optionally connected thereto nozzles 12a.
  • the nozzles 12a With respect to the nozzles 12a, the same applies to the nozzles 12 previously described.
  • the nozzles 12a are part of a nozzle array 14 connected to the gullies 11a for supplying the gaseous quench, which has a plurality of nozzles directed around the workpiece for directing at least one outwardly directed outer surface of the nozzle Workpiece has, in particular of such, radially around the workpiece 3 arranged around, radially inwardly directed nozzles 12a for direct flow at least the radially outwardly directed outer surface of the workpiece 3 with the gaseous quenching agent.
  • FIG. 4 Furthermore, an embodiment of a fixture for quenching a to remove individual, recorded in the fixture annular workpiece 3, in which this workpiece is quenched by direct flow of gas and the gas added liquid droplets.
  • the pressurized gaseous quenching agent is used by admixing drops of a liquid quenchant to the gaseous quenching agent as a carrier medium.
  • the nozzles 12a are further connected to guide paths 15 for supplying liquid quenching agent and also for admixing drops of the liquid quenching agent to the gaseous quenching agent as a carrier medium.
  • the nozzles 12 may be connected in a similar or corresponding manner to routes not shown in the figure, to ensure a liquid supply to the admixture of liquid droplets, in which case the nozzles 12 are formed for mixing drops of liquid quenching agent.
  • the above-described control and / or regulating device is also designed for setting, and thus in particular for controlling, the liquid droplets to be added and connected to the guide paths 15 and / or nozzles for their adjustment.
  • the fixture can in turn be formed with passages 16 suitably arranged, which can for example be arranged in the central bore 13 in the support 2 in a simple design.
  • Fig. 5 shows a sketch of a further embodiment for gas quenching a recorded in a fixture single annular workpiece 3 by flowing the workpiece with gas, in which the annular workpiece 3 is disc-shaped and thus formed such that the thickness of the workpiece is less than the difference between the outer radius of the workpiece and the radius of the opening.
  • cold gaseous quenching agent preferably at least fed to the axially aligned end faces 5 and 6 as the workpiece limiting, opposing and opposing surfaces and discharged by the cooling process of the workpiece 3 heated quenching agent.
  • the fixture has Fig. 5 according to modified trained routes for supplying the cold gaseous quenching to the workpiece 3 limiting, opposite and opposing surfaces and thus according to Fig. 5 preferably at least on the outer, but axially aligned end faces 5 and 6.
  • the routes are appropriate for this example according to Fig. 5 formed in the fixture such that the supply of the gaseous quenching means from below via formed in the support 2 routes 11b, for example in the form of channels or other application-specific passages, and from above via formed in the hold-4 guides 11c, eg also in shape of channels or others application-specific trained passages, can be done.
  • the axially aligned end faces 5 and 6 are flown.
  • gaseous quenching agent can flow radially outwards through radially outwardly and inwardly leading passages 9b, for example in the form of passages formed as grooves in the support and in the downholder, past the workpiece can flow inwards and over additional axially leading passages 9c in the mandrel 1, for example in the form of grooves formed in the mandrel 1 or other passages on the workpiece inside and then can flow axially outward.
  • an at least partial descaling of at least the directly flowed surface areas of the end faces 5 and 6 can consequently be effected at the same time.
  • nozzles can also on the routes 11b and 11c additional, in turn directed towards the workpiece at Fig. 5 however, for the sake of Clarity not shown nozzles to be connected.
  • Such nozzles can be in the simplest training in the support and / or in the downholder corresponding holes formed or components with variable opening cross-section, so that by means of these, in particular in connection with at least one, in the fixture and on the workpiece 3, but at Fig. 5 Temperaturaufsmelling not shown via an attached control and / or regulating device for adjusting the supply of quenching agent and the pressure of the supplied quenching agent for direct onflow by changing the opening cross-section can be adjusted application specific.
  • such nozzles may be part of a connected to the routes for supplying the gaseous quenching nozzle array, which a plurality of arranged around the workpiece around, directed towards the workpiece nozzles for direct flow of outwardly facing surfaces of the workpiece and So according to Fig. 5 at least the end faces 5 and 6 has.
  • drops of a liquid quenchant may in turn be added to the gaseous quenching agent supplied under pressure.
  • the invention described with reference to various useful embodiments thus allows a quenching of annular, to disc-shaped items in a fixture
  • the flow control and media for quenching can be adapted to the individual workpiece geometry and in addition to pure gaseous quenching agents by admixing liquid droplets and 2-phases Mixtures can be used for deterrence application.
  • the invention makes it possible to self-clean the fixture itself, in particular in the formation of the direct flow, so that it can be reused extremely quickly for the next hardening process of a further workpiece.
  • At least one wall area formed for abutment with the male workpiece 3 may be provided, which adjoins a route on a side remote from the workpiece 3, for increased cooling of the tool while indirect cooling of the workpiece 3 to obtain and thus thus also allow a relation to the workpiece again increased heat removal during curing.
  • this is not shown in the figures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten jeweils eines einzelnen, ringförmigen Werkstückes sowie eine hierzu ausgebildete Fixtur, bei welchem ein einzelnes, zu härtendes ringförmiges Werkstück mit dessen Öffnung über einen Dorn gestülpt wird, bis das Werkstück mit einer ersten Stirnfläche auf einer Auflage aufliegt; ein oder mehrere Niederhalter von einer der ersten Stirnfläche entgegen gerichteten Seite in Richtung des Auflagers zugeführt wird bzw. werden, bis der bzw. die Niederhalter auf einer der ersten Stirnfläche entgegen gerichteten zweiten Stirnfläche des Werkstücks kraftbeaufschlagt aufliegt bzw. aufliegen; kaltes gasförmiges Abschreckmittel zumindest an das Werkstück begrenzende und zueinander entgegen gerichtete Flächen des Werkstückes zugeführt wird; und erwärmtes Abschreckmittel abgeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Fixtur zum Härten eines einzelnen ringförmigen Werkstücks sowie ein Verfahren hierzu.
  • Bekanntermaßen wird bei metallischen, insbesondere Stahl umfassenden Werkstücken das Härten angewendet, um diesen je nach deren spezifischem späteren Einsatz eine ausreichende und/oder vorbestimmte Härte und Festigkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen, wie beispielsweise statischer oder dynamischer Verformung durch Zug, Druck, Biegung und Verschleiß zu verleihen.
  • Beim Härten eines Werkstücks wird dieses generell auf eine werkstoffspezifische Härtetemperatur erwärmt, auf dieser entsprechend werkstoffspezifischer Voraussetzungen eine zeitlang gehalten und anschließend abgeschreckt. Nach dem Abschrecken schließt sich in der Regel der Schritt des Anlassens an, bei welchem das Werkstück wiederum auf einer werkstoff- und/oder härtespezifische Temperatur erwärmt wird und darauf hin wiederum auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Beim Anlassen nimmt hierbei die Härte mit der Temperatur ab, wohingegen jedoch die Zähigkeit gesteigert wird, so dass die aufgrund einer einsatzspezifischen Belastung notwendige Duktilität häufig erst durch das Anlassen gewährleistet wird.
  • Aus der DE 10 2005 016 535 ist eine Aufnahmeeinrichtung zum Ereichen unterschiedlicher Härtegrade an härtbaren Werkstücken bekannt, welche zum Aufnehmen des Werkstücks eine Vielzahl von an zwei gegenüberliegenden Seiten am Werkstück angeordneten Modulen besitzt, welche Leitwege wenigstens eines Leitwegesystems zum Zuführen von Kühlmedien umfassen sowie wenigstens einen zur Anlage an das aufzunehmende Werkstück ausgebildeten Wandungsbereich, der zur indirekten Kühlung des Werkstücks auf einer von dem Werkstück abgewandten Seite an einen Leitweg grenzt, und wenigstens einen Wandungsbereich, an welchem zur direkten Kühlung des Werkstücks ein Leitweg zum aufzunehmenden Werkstücks hin offen ist, und die Leitwege kanal- und/oder schlitzartig sowie zum Zuführen von Fluiden und/oder Gasen ausgebildet sind.
  • Aus der EP 1 464 711 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Härten heißer ringförmiger Werkstücke mit einem kalten Abschreckmittel bekannt, bei welchen eine Vielzahl von Werkstücken Chargenweise über einen feststehenden Dorn gestülpt und dem Abschreckmittel ausgesetzt werden, und der Dorn nach dem Abschrecken aus den Werkstücken ausgestoßen wird. Um das Härten der Werkstücke zu verbessern, ist gemäß diesem Stand der Technik vorgesehen, dass die Werkstücke in einer geschlossenen, druckdichten Abschreckkammer mit unter Druck gesetzten Kaltgas beaufschlagt werden, und der Dorn außerhalb der Abschreckkammer ausgestoßen wird.
  • Die vorliegende Erfindung hat sich demgegenüber zur Aufgabe gestellt, eine nochmals verbesserte Fixtur sowie ein Verfahren zum Härten eines einzelnen, ringförmigen Werkstücks bereitzustellen, welche ein verzugsärmeres Härten und also ein Härten eines ringförmigen Werkstücks mit hoher Präzision mit gasförmigen Medien und ohne den Einsatz einer druckdichten Abschreckkammer ermöglichen.
  • Die erfindungsgemäße Lösung ist bereits durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen nach den anhängigen unabhängigen Ansprüchen gegeben. Zweckmäßige und/oder bevorzugte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Erfindung schlägt folglich ein Verfahren zum Härten jeweils eines einzelnen, ringförmigen Werkstückes vor, bei welchem jeweils ein einzelnes, zu härtendes ringförmiges Werkstück entweder mit dessen innerer Öffnung über einen Dorn gestülpt wird, bis das Werkstück mit einer ersten Stirnfläche auf einer Auflage aufliegt oder zunächst mit einer ersten Stirnfläche auf eine Auflage gelegt und daraufhin ein Dorn in die innere Öffnung des Werkstück eingeführt wird. Daraufhin wird ein oder werden mehrere Niederhalter von einer der ersten Stirnfläche entgegen gerichteten Seite in Richtung des Auflagers zubewegt, bis der bzw. die Niederhalter auf einer der ersten Stirnfläche entgegen gerichteten zweiten Stirnfläche des Werkstücks kraftbeaufschlagt aufliegt bzw. aufliegen, und anschließend kaltes gasförmiges Abschreckmittel an das Werkstück begrenzende und zueinander entgegen gerichtete Flächen des Werkstückes zugeführt wird und erwärmtes Abschreckmittel abgeführt wird, insbesondere zumindest an eine radial nach innen gerichtete Innenfläche des Werkstückes, welche das Werkstück zur inneren Öffnung des Werkstückes hin begrenzt, und an eine radial nach außen gerichtete Außenfläche des Werkstückes zugeführt oder zumindest an die erste und zweite Stirnfläche zugeführt und erwärmtes Abschreckmittel abgeführt wird.
  • Ferner schlägt die Erfindung zur Durchführung des Verfahrens eine Fixtur zum Härten jeweils eines einzelnen, ringförmigen Werkstückes vor, die einen in der Fixtur angeordneten Dorn umfasst, welcher koaxial zur Rotationsachse des Werkstücks angeordnet ist, und sich beim Härten des ringförmigen Werkstückes durch dessen innere Öffnung hindurch erstreckt. Die erfindungsgemäße Fixtur besitzt zusätzlich eine Kraftbeaufschlagungs-Einrichtung mit einer Auflage und einem oder mehreren entlang der Rotationsachse mechanisch bewegbaren Niederhalter(n), wobei das Werkstück beim Härten mit einer ersten Stirnfläche auf der Auflage aufliegt und der Niederhalter an einer der ersten Stirnfläche entgegen gerichteten zweiten Stirnfläche des Werkstücks kraftbeaufschlagt aufliegt bzw. aufliegen, und darüber hinaus Leitwege zum Zuführen von kaltem gasförmigen Abschreckmittel an das Werkstück begrenzende und zueinander entgegen gerichtete Flächen des Werkstückes sowie zum Abführen von erwärmten Abschreckmittel aus der Fixtur heraus, insbesondere zum Zuführen von kaltem gasförmigen Abschreckmittel zumindest an eine radial nach innen gerichtete Innenfläche des Werkstückes, welche das Werkstück zur inneren Öffnung des Werkstückes hin begrenzt, und an eine radial nach außen gerichtete Außenfläche des Werkstückes, sowie zum Abführen von erwärmten Abschreckmittel aus der Fixtur heraus, oder zumindest an die erste und zweite Stirnfläche sowie zum Abführen von erwärmten Abschreckmittel aus der Fixtur heraus.
  • Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung kann folglich darin gesehen werden, dass die Fixtur im Gegensatz zu einer Aufnahmeeinrichtung, welche lediglich an zwei gegenüberliegenden Seiten am Werkstück angeordnete Module mit Leitwegen besitzt, zusätzlich zur Ausübung der notwendigen mechanischen Kräfte eingesetzt wird, wobei das Werkstück mittels des Dorns während des Härtens rund in der Form und zusätzlich mittels Auflager sowie Niederhalter eben gehalten wird. Ferner wird die erfindungsgemäße Fixtur eingesetzt, um die Zufuhr des gasförmigen Abschreckmittels zu beeinflussen. Im Gegensatz z.B. zu einem Härten von mehreren, Chargenweise aufgenommenen Werkstücken ist folglich ein kontrollierter und reproduzierbarer Fluss des Abschreckmittels für jedes einzelne Werkstück erzielbar, welches zu einer gleichmäßigeren Abschreckung und ferner zu einer deutlichen Reduzierung des Verzugsverhaltens eines jeden zu härtenden Werkstücks führt.
  • So ist insbesondere das gasförmige Abschreckmittel je nach spezifischer Ausbildung eines jeden einzelnen Werkstücks an die jeweils flächenmäßig größeren, das Werkstück begrenzenden und einander gegenüberliegenden Flächen zuführbar, welches folglich zu einem nochmals verbesserten Abschreckverhalten eines jeden zu härtenden Werkstücks führt.
  • Ist hierbei also das ringförmige Werkstück derart ausgebildet, dass die Dicke des Werkstücks größer ist als die Differenz zwischen dem Außenradius des Werkstücks und dem Radius der Öffnung werden das Verfahren und die Fixtur zweckmäßig derart ausgebildet, dass das kalte gasförmige Abschreckmittel zumindest an die radial nach innen gerichtete Innenfläche des Werkstückes und an die radial nach außen gerichtete Außenfläche zugeführt wird. Ist hingegen das ringförmige Werkstück derart ausgebildet, dass die Dicke des Werkstücks geringer ist als die Differenz zwischen dem Außenradius des Werkstücks und dem Radius der Öffnung werden das Verfahren und die Fixtur zweckmäßig derart ausgebildet, dass das kalte gasförmige Abschreckmittel zumindest an die äußere erste Stirnfläche und die äußere zweite Stirnfläche zugeführt wird.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind anhand der nachfolgenden beispielhaften Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine nicht maßstabsgetreue Skizze einer Ausführungsform zum Gasabschrecken eines in einer Fixtur aufgenommenen einzelnen ringförmigen Werkstück durch Umströmen des Werkstücks mit Gas,
    Fig. 2
    eine nicht maßstabsgetreue Skizze einer Ausführungsform zum Gasabschrecken eines in einer Fixtur aufgenommenen einzelnen ringförmigen Werkstück durch Anströmen des Werkstücks mit Gas mittels Düsenfeld,
    Fig. 3
    eine nicht maßstabsgetreue Skizze einer Ausführungsform einer Fixtur mit einem einzelnen, darin aufgenommenen ringförmigen Werkstück zum Abschrecken des Werkstücks durch Umströmen des Werkstücks mit Gas,
    Fig. 4
    eine nicht maßstabsgetreue Skizze von Ausführungsformen einer Fixtur mit einem einzelnen, darin aufgenommenen ringförmigen Werkstück zum Abschrecken des Werkstücks durch Anströmen des Werkstücks mit Gas oder mit Gas und dem Gas beigemengten Flüssigkeitstropfen und
    Fig. 5
    eine nicht maßstabsgetreue Skizze einer weiteren Ausführungsform zum Gasabschrecken eines in einer Fixtur aufgenommenen einzelnen ringförmigen Werkstück durch Anströmen des Werkstücks mit Gas.
  • Nachfolgend werden beispielhaft einige bevorzugte Ausführungsformen gemäß der Erfindung beschrieben, wobei zunächst auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen wird, welche nicht maßstabsgetreue Skizzen eines erfindungsgemäßen Gasabschreckens zum Härten eines in einer Fixtur aufgenommenen einzelnen ringförmigen Werkstück durch Umströmen (Fig. 1) bzw. durch direktes Anströmen (Fig. 2) eines Werkstücks 3 mit Gas stark vereinfacht darstellen.
  • Demgemäß wird hierzu ein einzelnes, ringförmiges Werkstück 3, welches zuvor auf eine werkstoffspezifische Härtetemperatur aufgewärmt worden ist, innerhalb einer Fixtur aufgenommen und darin zum Härten abgeschreckt. Das heiße Werkstück 3, welches z.B. eine Stahl umfassende Schiebemuffe oder auch ein Getriebe-Zahnrad mit radial innen und/oder außen verlaufender, in den Figuren nicht näher dargestellter Verzahnung oder Ringnuten sein kann, wird z.B. zunächst mit dessen Öffnung, welche sich in der Regel zentrisch durch das ringförmige Werkstück 3 erstreckt, über einen Dorn 1 der Fixtur gestülpt, bis das Werkzeug mit einer in Richtung der Achse der Öffnung ausgerichteten ersten, gemäß Figur 1 oder 2 unteren Stirnfläche 5 auf einer Auflage 2 der Fixtur aufliegt. Alternativ kann das heiße Werkstück 3 jedoch zunächst auch mit einer in Richtung der Achse der Öffnung ausgerichteten ersten, gemäß Figur 1 oder 2 unteren Stirnfläche 5 auf eine Auflage 2 der Fixtur gelegt werden und daraufhin ein Dorn 1 der Fixtur in die Öffnung des Werkstücks, welche sich in der Regel zentrisch durch das ringförmige Werkstück 3 erstreckt, eingeführt werden. In diesem Fall muss der Dorn 1 der Fixtur jedoch entsprechend verfahrbar ausgebildet sein, wobei der Dorn hierbei in praktischer Umsetzung der Fixtur zweckmäßig derart verfahrbar ist, dass dieser von der ersten, gemäß Figur 1 oder 2 unteren Stirnfläche 5 her kommend in die Öffnung des Werkstücks eingeführt wird.
  • Anschließend wird ein Niederhalter 4 der Fixtur von einer der ersten Stirnfläche 5 entgegen gerichteten Seite und parallel zur Richtung der Achse der Öffnung in Richtung "R" des Auflagers 2 zubewegt, bis der Niederhalter 4 auf einer der ersten Stirnfläche 5 entgegen gerichteten zweiten Stirnfläche 6 des Werkstücks 3 kraftbeaufschlagt aufliegt. Es sei darauf hingewiesen, dass anstelle lediglich eines Niederhalters auch ein aus mehreren Teilelementen zusammengesetzter Niederhalter oder mehrere Niederhalter vorgesehen sein können. Aus Gründen der besseren Überschaubarkeit werden die nachfolgenden Ausführungsformen jedoch im Wesentlichen lediglich anhand eines Niederhalters beschrieben. Aufgrund des ringförmig ausgebildeten Werkstücks 3 sind folglich auch die äußere erste Stirnfläche 5 und die der ersten Stirnfläche 5 entgegen gerichtete äußere zweite Stirnfläche 6 des Werkstücks 3 ringförmig, wobei zweckmäßig sowohl die erste Stirnfläche 5 im Wesentlichen vollständig auf dem Auflager 2 aufliegt als auch auf der im Wesentlichen vollständigen zweiten Stirnfläche 6 der Niederhalter 4 aufliegt, alternativ die Niederhalter aufliegen. Das Auflager 2 und der Niederhalter 4 sind folglich zweckmäßig ebenfalls ringförmig ausgebildet. Mittels des kraftbeaufschlagt auf der zweiten Stirnfläche 6 aufliegenden Niederhalters 4 kann das Werkstück somit während des Härtens über dessen gesamte Ringform eben gehalten werden. Ist der Außendurchmesser des Dorns 1 ferner an den Durchmesser der Öffnung des Werkstücks 3 angepasst, kann der Dorn 1 über dessen Außendurchmesser das Werkstück 3 während des Härtens überdies rund in Form halten. Das Werkstück ist folglich in der Fixtur derart fixiert, dass während des Härtens ein möglicher Verzug des Werkstücks wesentlich reduziert ist und im Idealfall im Wesentlichen jeglicher Verzug ausgeschlossen ist.
  • Wie den Fig. 1 und 2 zu entnehmen, ist dort das ringförmige Werkstück derart ausgebildet, dass dessen Dicke größer ist als die Differenz zwischen dem Außenradius des Werkstücks und dem Radius der Öffnung. Alternativ kann das ringförmige Werkstück auch scheibenförmig und also im Rahmen der Erfindung derart ausgebildet sein, dass die Dicke des Werkstücks geringer ist als die Differenz zwischen dem Außenradius des Werkstücks und dem Radius der Öffnung.
  • Zweckmäßig kann das Abschreckverhalten eines jeden zu härtenden Werkstücks nochmals verbessert werden, wenn das kalte gasförmige Abschreckmittel zumindest an die jeweils flächenmäßig größeren, das Werkstück begrenzenden, einander gegenüberliegenden Flächen zugeführt wird.
  • Für den Härtevorgang selbst, wird nach Fixieren des Werkstücks 3 gemäß Figuren 1 und 2 kaltes gasförmiges Abschreckmittel zumindest an die radial nach innen gerichtete Innenfläche des Werkstückes 3, welche das Werkstück 3 zur inneren Öffnung hin begrenzt bzw. die innere Öffnung des Werkstückes 3 begrenzt, und an die radial nach außen gerichtete Außenfläche des Werkstückes 3 als das Werkstück begrenzende, einander gegenüberliegende und entgegen gerichtete Flächen zugeführt und durch den Abkühlvorgang des Werkstücks 3 erwärmtes Abschreckmittel abgeführt.
  • Eine hierzu entsprechend ausgebildete Fixtur zum Härten jeweils eines einzelnen, ringförmigen Werkstückes 3 und also zum Aufnehmen und fixierten Halten des Werkstücks während des Härtevorgangs umfasst gemäß der Erfindung folglich einen Dorn 1, welcher koaxial zur Rotationsachse des Werkstücks 3 angeordnet ist, und sich beim Härten des ringförmigen Werkstückes 3 durch dessen innere Öffnung hindurch erstrecken kann, sowie eine Kraftbeaufschlagungs-Einrichtung mit einer Auflage 2 und einem oder mehrerer entlang der Rotationsachse mechanisch bewegbaren Niederhalter 4, derart, dass das Werkstück 3 beim Härten mit dessen erster Stirnfläche 5 auf der Auflage 2 aufliegt und der oder die Niederhalter 4 an der der ersten Stirnfläche 5 entgegen gerichteten zweiten Stirnfläche 6 des Werkstücks 3 kraftbeaufschlagt aufliegt bzw. aufliegen. Je nach Ausführungsform, kann auch der Dorn 1 entlang der Rotationsachse mechanisch bewegbar ausgeführt sein. Zum Zuführen des kalten gasförmigen Abschreckmittels an das Werkstück 3 begrenzende, einander gegenüberliegende und entgegen gerichtete Flächen und also gemäß Fig. 1 und 2 bevorzugt zumindest an die radial nach innen gerichtete Innenfläche des Werkstückes 3, welche die innere Öffnung des Werkstückes 3 begrenzt, und an die radial nach außen gerichtete Außenfläche des Werkstückes 3 als das Werkstück begrenzende, gegenüberliegende und entgegen gerichtete Flächen, weist die Fixtur ferner entsprechend ausgebildete Leitwege auf, in den Figuren 1 und 2 mit den Pfeilen dargestellt. Darüber hinaus umfasst die Fixtur ferner in den Figuren nicht näher dargestellte Leitwege zum Abführen von erwärmten Abschreckmittel aus der Fixtur heraus, welche im einfachsten Fall nach außen offene Durchgänge in der Fixtur sind. Eine Fixtur gemäß der Erfindung ist folglich nicht gasdicht.
  • Erfindungsgemäß dient die Fixtur somit zur Ausübung der notwendigen mechanischen Kräfte, um das Werkstück 3 während des Härtens rund in der Form und eben zu halten und die Zufuhr des gasförmigen Abschreckmittels zu beeinflussen. Im Gegensatz zu einem Härten von mehreren, Chargenweise aufgenommenen Werkstücken ist folglich ein kontrollierter und reproduzierbarer Fluss des Abschreckmittels für jedes einzelne Werkstück erzielbar, welches zu einer gleichmäßigeren Abschreckung und ferner zu einer deutlichen Reduzierung des Verzugsverhaltens eines jeden zu härtenden Werkstücks führt.
  • Zum gleichmäßigen Umströmen des Werkstücks 3 mit gasförmigem Abschreckmittel sind die Leitwege ferner zweckmäßig derart in der Fixtur ausgebildet, dass die Zufuhr des gasförmigen Abschreckmittels zunächst von unterhalb des Dorns 1 erfolgt, wie bei Figur 1 und bei Figur 3, welche eine Skizze einer Ausführungsform einer Fixtur mit einem einzelnen, darin aufgenommenen ringförmigen Werkstück zum Abschrecken des Werkstücks durch Umströmen des Werkstücks mit Gas zeigt, zu sehen. Über in der Auflage 2 ausgebildete Leitwege, z.B. in Form von Rillen oder anderen anwendungsspezifisch ausgebildeten Durchlässen 7, und an der Außenfläche des Dorns 1 ausgebildete Leitwege, z.B. ebenfalls in Form von Rillen oder anderen anwendungsspezifisch ausgebildeten Bereichen 8 mit reduziertem Außendurchmesser, kann das gasförmige Abschreckmittel somit z.B. sowohl an den radial innen liegenden als auch an den radial außen liegenden Seiten oder Flächen des Werkstücks 3 herumgeführt werden, und dieses umströmen. So sieht eine zweckmäßige Ausbildung der Erfindung vor, das gasförmige Abschreckmittel z.B. über eine zentrale Bohrung 13 in der Auflage 2 einzuleiten, wonach das Abschreckmittel durch z.B. in Form von Nuten ausgebildeten Durchlässen 7 in der Auflage auch am Dorn 1 vorbei strömen kann, sodass das Werkstück nicht nur mittels der Bereiche 8 an dessen radial nach innen gerichteter Innenfläche sondern auch an dessen radial nach außen gerichteter Außenfläche umströmt wird.
  • Wie z.B. bei Fig. 2 zu sehen, kann das gasförmige Abschreckmittel hierbei ferner gemäß der Erfindung zumindest teilweise auch von innerhalb des Dorns 1, insbesondere zumindest an die radial nach innen gerichtete Innenfläche des Werkstückes 3 zugeführt werden. Sind ferner auf der der Zufuhrseite des Abschreckmittels entgegengesetzten Seite der Fixtur nach außen aus der Fixtur führende Durchgänge 9, 9a (Fig. 3) vorgesehen, insbesondere am Niederhalter 4 ausgebildete Durchgänge 9, z.B. in Form von an dem Niederhalter ausgebildeten Rillen oder anderen anwendungsspezifisch ausgebildeten Oberflächenvertiefungen, sowie z.B. an einem äußeren Ring der Fixtur ausgebildeten Durchgängen 9a, kann auf einfache Weise lediglich durch Zuführung von kaltem gasförmigen Abschreckmittel eine Gasströmung eingestellt werden, welche sowohl das Werkstück im Wesentlichen vollständig umströmt und darüber hinaus nach Umströmen des Werkstücks das hierbei erwärmte Abschreckmittel über die Durchgänge 9a schließlich nach außen aus der Fixtur abführt.
  • Ist ferner innerhalb der Fixtur zweckmäßig wenigstens ein Temperaturaufnehmer 10 (Fig. 3) zur Erfassung der Temperatur am Werkstück 3 angeordnet, der an einer nicht dargestellten Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Einstellen der Zuführung von Abschreckmittel basierend auf der Temperatur am Werkstück angeschlossen ist, kann auf einfache Weise das Zuführen des Abschreckmittels, z.B. in Hinblick auf die Zufuhrtemperatur und/oder Zufuhrmenge des Abschreckmittels, basierend auf der am Werkstück 3 erfassten Temperatur anwendungsspezifisch eingestellt, insbesondere geregelt werden.
  • Wie ferner bei Fig. 2 und z.B. auch bei Fig. 4 zu sehen, welche ähnlich der Fig. 2 eine Skizze einer Ausführungsform einer Fixtur mit einem einzelnen, darin aufgenommenen ringförmigen Werkstück zum Abschrecken des Werkstücks durch Anströmen des Werkstücks mit Gas zeigt, können zum Zuführen des gasförmigen Abschreckmittels zumindest teilweise von innerhalb des Dorns 1 insbesondere zumindest an die radial nach innen gerichtete Innenfläche des Werkstückes 3 zweckmäßig zumindest teilweise auch Leitwege 11 innerhalb des Dorns ausgebildet sein, wodurch überdies ein schnelleres Abkühlverhalten des Werkstücks 3 gewährleistet wird.
  • Sind diese Leitwege 11 derart ausgebildet, dass eine radial nach innen gerichtete Innenfläche des Werkstücks 3 zusätzlich durch radial nach außen gerichtetes Zuführen von gasförmigem Abschreckmittel direkt und zweckmäßig unter Druck angeströmt werden kann, kann gleichzeitig eine zumindest teilweise Entzunderung zumindest der direkt angeströmten Innenflächenbereiche bewirkt werden. Hierzu sieht die Erfindung in Weiterbildung vor, an diese Leitwege 11 zusätzlich innerhalb des Dorns angeordnete und radial nach außen gerichtete Düsen 12 zum direkten Anströmen zumindest der radial nach innen gerichteten Innenfläche des Werkstücks anzuschließen. Solche Düsen 12 können in einfachster Ausbildung im Dorn 1 entsprechend ausgebildete Bohrungen sein. In zweckmäßiger Weiterbildung können solche im Dorn angeordnete Düsen jedoch auch im Dorn eingearbeitete Bauteile mit veränderbarem Öffnungsquerschnitt sein, so dass mittels diesen, insbesondere in Verbindung mit wenigstens einem, in der Fixtur und am Werkstück 3 angeordneten Temperaturaufnehmer 10 über eine daran angeschlossene Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Einstellen der Zuführung von Abschreckmittel vorteilhaft auch der Druck des zugeführten Abschreckmittels zum direkten Anströmen durch Veränderung des Öffnungsquerschnitts anwendungsspezifisch eingestellt werden kann. Der Ausführungsform nach Fig. 4 sind ferner wiederum nach außen aus der Fixtur führende Durchgänge 9, 9a zu entnehmen, um das während des Härtevorgangs erwärmte Abschreckmittel gezielt vom Werkstück 3 weg und nach außen aus der Fixtur abzuführen.
  • Der Fig. 4 ist ferner eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung zu entnehmen, gemäß welcher in Weiterbildung ähnlich zu der zuvor beschriebenen Ausbildung in Bezug auf das direkte Anströmen der nach innen gerichteten Innenfläche des Werkstücks 3, in der Fixtur auch Leitwege 11a und optional daran angeschlossene Düsen 12a für ein direktes Anströmen zumindest einer radial nach außen gerichteten Außenfläche des Werkstücks 3 vorgesehen sind, und zwar durch radial nach innen gerichtetes Zuführen des gasförmigen Abschreckmittels unter Druck mittels der Leitwege 11a und der optional daran angeschlossenen Düsen 12a. In Bezug auf die Düsen 12a gilt das zu den Düsen 12 zuvor Beschriebene entsprechend.
  • In besonders bevorzugter Ausbildung sind die Düsen 12a Teil eines an die Leitwege 11a zum Zuführen des gasförmigen Abschreckmittels angeschlossenen Düsenfelds 14, welches eine Vielzahl von um das Werkstück herum angeordneten, in Richtung auf das Werkstück gerichteten Düsen zum direkten Anströmen zumindest einer nach außen gerichteten Außenfläche des Werkstücks besitzt, insbesondere von solchen, radial um das Werkstück 3 herum angeordneten, radial nach innen gerichteten Düsen 12a zum direkten Anströmen zumindest der radial nach außen gerichteten Außenfläche des Werkstücks 3 mit dem gasförmigem Abschreckmittel.
  • In weiterer bevorzugter Ausbildung, ist der Figur 4 ferner eine Ausführungsform einer Fixtur zum Abschrecken eines einzelnen, in der Fixtur aufgenommenen ringförmigen Werkstück 3 zu entnehmen, bei welcher dieses Werkstück durch direktes Anströmen mit Gas und dem Gas beigemengten Flüssigkeitstropfen abgeschreckt wird. Hierzu wird das unter Druck zugeführte gasförmige Abschreckmittel durch Beimengen von Tropfen eines flüssigen Abschreckmittels zu dem gasförmigen Abschreckmittel als Trägermedium verwendet.
  • Hierzu sind beispielhaft die Düsen 12a ferner an Leitwege 15 zum Zuführen von flüssigem Abschreckmittel angeschlossenen und ferner zum Beimengen von Tropfen des flüssigen Abschreckmittels zu dem gasförmigen Abschreckmittel als Trägermedium ausgebildet. Auch die Düsen 12 können auf ähnliche oder entsprechende Weise an in der Figur nicht dargestellte Leitwege angeschlossen sein, um eine Flüssigkeitszufuhr zur Beimengung von Flüssigkeitstropfen zu gewährleisten, wobei in diesem Fall auch die Düsen 12 zum Beimengen von Tropfen des flüssigen Abschreckmittels ausgebildet sind. Vorteilhafter Weise ist ferner die vorbeschriebene Steuer- und/oder Regeleinrichtung auch zum Einstellen, und also insbesondere zum Regeln der beizumengenden Flüssigkeitstropfen ausgebildet und an die Leitwege 15 und/oder Düsen zu deren Einstellung entsprechend angeschaltet.
  • Zum Abführen der dem Gas beigemengten Flüssigkeitstropfen aus der Fixtur nach dem Anströmen des Werkstücks 3 kann die Fixtur wiederum mit entsprechend geeignet angeordneten Durchlässen 16 ausgebildet sein, wobei diese z.B. in einfacher Ausführung in der zentralen Bohrung 13 in der Auflage 2 angeordneten sein können.
  • Fig. 5 zeigt eine Skizze einer weiteren Ausführungsform zum Gasabschrecken eines in einer Fixtur aufgenommenen einzelnen ringförmigen Werkstücks 3 durch Anströmen des Werkstücks mit Gas, bei welcher das ringförmige Werkstück 3 scheibenförmig und also derart ausgebildet ist, dass die Dicke des Werkstücks geringer ist als die Differenz zwischen dem Außenradius des Werkstücks und dem Radius der Öffnung.
  • Für den Härtevorgang selbst, wird somit nach Fixieren des Werkstücks 3 gemäß Figur 5 kaltes gasförmiges Abschreckmittel bevorzugt zumindest an die axial ausgerichteten Stirnflächen 5 und 6 als das Werkstück begrenzende, gegenüberliegende und entgegen gerichtete Flächen zugeführt und durch den Abkühlvorgang des Werkstücks 3 erwärmtes Abschreckmittel abgeführt.
  • In Abwandlung zu den vorstehend beschriebenen Fixturen besitzt die Fixtur nach Fig. 5 entsprechend abgewandelt ausgebildete Leitwege zum Zuführen des kaltes gasförmigen Abschreckmittels an das Werkstück 3 begrenzende, gegenüberliegende und entgegen gerichtete Flächen und also gemäß Fig. 5 bevorzugt zumindest an die äußeren, jedoch axial ausgerichteten Stirnflächen 5 und 6.
  • Die Leitwege sind zweckmäßig hierzu z.B. gemäß Fig. 5 derart in der Fixtur ausgebildet, dass die Zufuhr des gasförmigen Abschreckmittels von unten über in der Auflage 2 ausgebildete Leitwege 11b, z.B. in Form von Kanälen oder anderen anwendungsspezifisch ausgebildeten Durchlässen, und von oben über in dem Niederhalter 4 ausgebildete Leitwege 11c, z.B. ebenfalls in Form von Kanälen oder anderen anwendungsspezifisch ausgebildeten Durchlässen, erfolgen kann. Somit können z.B. zunächst direkt die axial ausgerichteten Stirnflächen 5 und 6 angeströmt werden. Eine zweckmäßige Ausbildung der Erfindung sieht ferner vor, dass das gasförmige Abschreckmittel hiernach durch radial nach außen und innen führende Durchgänge 9b, z.B. in Form von als Nuten ausgebildeten Durchlässen in der Auflage und im Niederhalter, am Werkstück vorbei, radial nach außen strömen kann sowie radial nach innen strömen kann und über zusätzliche axial führende Durchgänge 9c im Dorn 1, z.B. in Form von im Dorn 1 ausgebildeten Nuten oder anderen Durchlässen, am Werkstück innen vorbei und anschließend axial nach außen strömen kann.
  • Wie z.B. bei Fig. 5 zu sehen, kann hierdurch auf einfache Weise lediglich durch Zuführung von kaltem gasförmigen Abschreckmittel somit auch eine Gasströmung eingestellt werden, mit welcher das Werkstück zunächst zumindest an den axial ausgerichteten Stirnflächen 5 und 6 als das Werkstück begrenzende, einander gegenüberliegende Flächen direkt angeströmt, das Werkstück daraufhin im Wesentlichen vollständig umströmt und darüber hinaus nach Umströmen des Werkstücks das hierbei erwärmte Abschreckmittel über die Durchgänge schließlich nach außen aus der Fixtur abgeführt wird.
  • Auch hierbei kann folglich gleichzeitig eine zumindest teilweise Entzunderung zumindest der direkt angeströmten Flächenbereiche der Stirnflächen 5 und 6 bewirkt werden. Im Rahmen der Erfindung können auch an die Leitwege 11b und 11c zusätzliche, wiederum in Richtung auf das Werkstück gerichtete, bei Fig. 5 jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellte Düsen angeschlossen sein. Solche Düsen können in einfachster Ausbildung im Auflager und/oder im Niederhalter entsprechend ausgebildete Bohrungen oder auch Bauteile mit veränderbarem Öffnungsquerschnitt sein, so dass mittels diesen, insbesondere in Verbindung mit wenigstens einem, in der Fixtur und am Werkstück 3 angeordneten, jedoch bei Fig. 5 nicht dargestellten Temperaturaufnehmer über eine daran angeschlossene Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Einstellen der Zuführung von Abschreckmittel auch der Druck des zugeführten Abschreckmittels zum direkten Anströmen durch Veränderung des Öffnungsquerschnitts anwendungsspezifisch eingestellt werden kann.
  • In besonders bevorzugter Ausbildung können auch solche Düsen Teil eines an die Leitwege zum Zuführen des gasförmigem Abschreckmittel angeschlossenes Düsenfelds sein, welches eine Vielzahl von um das Werkstück herum angeordnete, in Richtung auf das Werkstück gerichtete Düsen zum direkten Anströmen von nach außen gerichteten Flächen des Werkstücks und also gemäß Fig. 5 zumindest der Stirnflächen 5 und 6 besitzt. Auch können bei solcher Ausführung dem unter Druck zugeführten gasförmigen Abschreckmittel wiederum Tropfen eines flüssigen Abschreckmittels beigemengt werden.
  • Zum Abführen der dem Gas beigemengten Flüssigkeitstropfen aus der Fixtur nach dem Anströmen des Werkstücks 3 können z.B. die gemäß Fig. 5 angeordneten Durchgänge 9b und 9c genutzt werden.
  • Die anhand verschiedener zweckmäßiger Ausführungsformen beschriebene Erfindung ermöglicht somit ein Abschrecken von ringförmigen, bis hin zu scheibenförmigen Einzelteilen in einer Fixtur, wobei die Strömungsführung und Medien zum Abschrecken auf die individuelle Werkstückgeometrie angepasst werden kann und neben reinen gasförmigen Abschreckmitteln durch Beimengung von Flüssigkeitstropfen auch 2-Phasen-Gemische zur Abschreckung Anwendung finden können. Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung insbesondere in Ausbildung der direkten Anströmung eine Selbstreinigung der Fixtur selbst, so dass diese äußerst zügig für den nächsten Härtevorgang eines weiteren Werkstücks wieder einsetzbar ist.
  • Zusätzlich kann in der Fixtur in Weiterbildung vorbeschriebener Ausführungsformen wenigstens ein zur Anlage an das aufzunehmende Werkstück 3 ausgebildeter Wandungsbereich vorgesehen sein, der auf einer von dem Werkstück 3 abgewandten Seite an einen Leitweg grenzt, um eine erhöhte Kühlung des Werkzeugs bei gleichzeitiger indirekter Kühlung des Werkstücks 3 zu erhalten und hierdurch somit auch einen in Bezug auf das Werkstück nochmals erhöhten Wärmeentzug während des Härtens zu ermöglichen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist dies jedoch in den Figuren nicht dargestellt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Dorn;
    2
    Auflager;
    3
    ringförmiges Werkstück;
    4
    Niederhalter;
    5
    erste Stirnfläche des Werkstücks;
    6
    zweite Stirnfläche des Werkstücks;
    7
    Durchlässe;
    8
    Bereiche des Dorns mit reduziertem Außendurchmesser;
    9, 9a, 9b, 9c
    Durchgänge;
    10
    Temperaturaufnehmer;
    11
    Leitwege innerhalb des Dorns;
    11a
    Leitwege zum Anströmen radial nach außen gerichteter Flächen des Werkstücks;
    11b, 11c
    Leitwege zum Anströmen axial ausgerichteter Flächen des Werkstücks;
    12,12a
    Düsen;
    13
    Bohrung in der Auflage;
    14
    Düsenfeld;
    15
    Flüssigkeitszufuhr;
    16
    Durchlass zum Abführen von Flüssigkeit
    R
    Bewegungsrichtung;

Claims (14)

  1. Fixtur zum Härten jeweils eines einzelnen, ringförmigen Werkstückes (3),
    umfassend
    - einen in der Fixtur angeordneten Dorn (1), welcher koaxial zur Rotationsachse des Werkstücks (3) angeordnet ist, und sich beim Härten des ringförmigen Werkstückes (3) durch dessen innere Öffnung hindurch erstreckt,
    - eine Kraftbeaufschlagungs-Einrichtung mit einer Auflage (2) und einem oder mehreren entlang der Rotationsachse mechanisch bewegbaren Niederhalter(n) (4), wobei das Werkstück (3) beim Härten mit einer ersten Stirnfläche auf der Auflage (2) aufliegt und der bzw. die Niederhalter (4) an einer der ersten Stirnfläche entgegen gerichteten zweiten Stirnfläche des Werkstücks (3) kraftbeaufschlagt aufliegt bzw. aufliegen, und
    - Leitwege zum Zuführen von kaltem gasförmigen Abschreckmittel an das Werkstück (3) begrenzende und zueinander entgegen gerichtete Flächen des Werkstückes (3) und zum Abführen von erwärmten Abschreckmittel aus der Fixtur heraus.
  2. Fixtur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
    - Leitwege zum Zuführen von kaltem gasförmigen Abschreckmittel
    zumindest zum Zuführen von kaltem gasförmigen Abschreckmittel an eine radial nach innen gerichtete Innenfläche des Werkstückes (3), welche das Werkstück (3) zur inneren Öffnung hin begrenzt, und an eine radial nach außen gerichtete Außenfläche des Werkstückes (3) ausgebildet sind, oder
    zumindest zum Zuführen von kaltem gasförmigen Abschreckmittel an die Stirnflächen (5, 6) des Werkstückes (3) ausgebildet sind.
  3. Fixtur nach Anspruch 1 oder 2, ferner dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Leitwege zum Zuführen von gasförmigem Abschreckmittel zumindest teilweise innerhalb des Dorns ausgebildet sind.
  4. Fixtur nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner gekennzeichnet durch
    - ein an die Leitwege zum Zuführen des gasförmigem Abschreckmittel angeschlossenes Düsenfeld mit einer Vielzahl von um das Werkstück (3) herum angeordneten, in Richtung auf das Werkstück (3) gerichteten Düsen zum direkten Anströmen zumindest von nach außen gerichteten Flächen des Werkstücks (3) mit dem gasförmigen Abschreckmittel.
  5. Fixtur nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner gekennzeichnet durch
    - an die Leitwege zum Zuführen des gasförmigen Abschreckmittels angeschlossene, innerhalb des Dorns angeordnete, radial nach außen gerichtete Düsen zum direkten Anströmen zumindest der radial nach innen gerichteten Innenflächen des Werkstücks (3) mit dem gasförmigen Abschreckmittel.
  6. Fixtur nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet das
    - die Düsen ferner an Leitwege zum Zuführen von flüssigem Abschreckmittel angeschlossenen sind und zum Beimengen von Tropfen des flüssigen Abschreckmittels zu dem gasförmigem Abschreckmittel als Trägermedium ausgebildet sind.
  7. Fixtur nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - innerhalb der Fixtur wenigstens ein Temperaturaufnehmer zur Erfassung der Temperatur am Werkstück angeordnet ist, wobei der Temperaturaufnehmer an eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Einstellen der Zuführung von Abschreckmittel basierend auf der Temperatur am Werkstück angeschlossen ist.
  8. Verfahren zum Härten jeweils eines einzelnen, ringförmigen Werkstückes (3),
    mit folgenden Schritten:
    - entweder Überstülpen eines einzelnen, zu härtenden ringförmigen Werkstückes (3) mit dessen Öffnung über einen Dorn (1) bis das Werkstück mit einer ersten Stirnfläche auf einer Auflage (2) aufliegt oder Auflegen eines einzelnen, zu härtenden ringförmigen Werkstückes (3) mit einer ersten Stirnfläche auf eine Auflage (2) und anschließendes Einführen eines Dorns (1) in die innere Öffnung des Werkstück,
    - Zubewegen eines oder mehrerer Niederhalter(s) (4) von einer der ersten Stirnfläche entgegen gerichteten Seite in Richtung des Auflagers (2) bis der bzw. die Niederhalter (4) auf einer der ersten Stirnfläche entgegen gerichteten zweiten Stirnfläche des Werkstücks (3) kraftbeaufschlagt aufliegt bzw. aufliegen, und
    - Zuführen von kaltem gasförmigen Abschreckmittel zumindest an das Werkstück (3) begrenzende und zueinander entgegen gerichtete Flächen des Werkstückes (3),
    - und Abführen von erwärmten Abschreckmittel.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner dadurch gekennzeichnet, dass zum Zuführen von kaltem gasförmigen Abschreckmittel
    zumindest an radial nach innen gerichtete Innenflächen des Werkstückes (3), welche das Werkstück (3) zur inneren Öffnung hin begrenzen, und an radial nach außen gerichtete Außenflächen des Werkstückes (3) gasförmiges Abschreckmittel zugeführt wird, oder
    zumindest an die axial ausgerichteten Stirnflächen des Werkstückes (3) gasförmiges Abschreckmittel zugeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, ferner dadurch gekennzeichnet, dass
    - das gasförmige Abschreckmittel zumindest teilweise von innerhalb des Dorns (1) zugeführt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, ferner
    gekennzeichnet durch
    - direktes Anströmen zumindest von nach außen gerichteten Flächen des Werkstücks (3), und zwar durch von außen in Richtung auf das Werkstück (3) gerichtetes Zuführen von gasförmigem Abschreckmittel unter Druck.
  12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 11, ferner gekennzeichnet durch
    - direktes Anströmen zumindest der radial nach innen gerichteten Innenflächen des Werkstücks (3), und zwar durch radial nach außen gerichtetes Zuführen von gasförmigem Abschreckmittel unter Druck.
  13. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche 11 und 12, ferner gekennzeichnet durch
    - Verwenden des unter Druck zugeführten gasförmigen Abschreckmittels als Trägermedium durch Beimengen von Tropfen eines flüssigen Abschreckmittels zu dem gasförmigen Abschreckmittel.
  14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 8 bis 13, ferner gekennzeichnet durch
    - Erfassen der Temperatur am Werkstück, und Einstellen des Zuführens von Abschreckmittel basierend auf der am Werkstück erfassten Temperatur.
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