EP4261291A1 - Verfahren zur fertigung wärmebehandelter werkstücke, insbesondere schräg verzahnter zahnräder sowie härtepresse hierzu - Google Patents

Verfahren zur fertigung wärmebehandelter werkstücke, insbesondere schräg verzahnter zahnräder sowie härtepresse hierzu Download PDF

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EP4261291A1
EP4261291A1 EP23167649.5A EP23167649A EP4261291A1 EP 4261291 A1 EP4261291 A1 EP 4261291A1 EP 23167649 A EP23167649 A EP 23167649A EP 4261291 A1 EP4261291 A1 EP 4261291A1
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EP
European Patent Office
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workpiece
support tool
quenching
temperature
target
Prior art date
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Pending
Application number
EP23167649.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ben Taylor
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Aerospace Transmission Technologies
Original Assignee
Aerospace Transmission Technologies
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing heat-treated workpieces, in particular for producing double-row, helical gears for a planetary gear transmission of an engine. Furthermore, the invention also relates to a hardening press for producing such workpieces using the method mentioned.
  • Double-row helical gears such as those used in particular in epicyclic gears of aircraft engines, are subjected to a carburizing treatment as part of their production, during which an edge layer with a correspondingly increased carbon content and thus changed material properties results in the edge area of a gear body that has been prefabricated almost to its final size.
  • the carburized gears are placed in a hardening press, supported from the inside using a mandrel that acts as a support tool and axially loaded by axial pressure between structures of an upper tool and a lower tool, ie clamped in a dimensionally stable manner.
  • the workpiece secured in this way by the mandrel and the axial clamping against deformation in the hardening press is quenched by applying a cooling medium to the workpiece to achieve a high heat transfer rate.
  • the respective workpiece is cooled to a target quenching temperature which typically corresponds to room temperature - or approximately the temperature of the quenching medium.
  • the mandrel sitting in the workpiece and supporting the workpiece is pressed out of the workpiece.
  • the mandrel is tailored to the geometry of the hole to be supported during quenching in such a way that the pressing of the mandrel that occurs after the initially thermally expanded workpiece shrinks still enables it to be pressed out at room temperature.
  • the workpiece freed from the mandrel can then be subjected to further treatment and machining steps to treat the structure and obtain the final geometry.
  • the invention is based on the object of showing solutions through which it is possible to create workpieces, in particular gears, hardened by press hardening, which are characterized by a further reduced component distortion or a more comprehensive hardening compared to previous approaches, so that these can be achieved in a reliably reproducible manner with narrow Shape tolerances can be manufactured.
  • This object is achieved according to the invention by a method for accomplishing the hardening of an initially heated workpiece, in which the workpiece is supported against deformation by means of a support tool and is brought into contact with a quenching medium for cooling to a target quenching temperature, the support tool and the workpiece being brought into contact with the quenching medium before reaching the The quenching target temperature can be decoupled and the workpiece is further cooled to the quenching target temperature.
  • the workpiece is clamped in a dimensionally stable manner before the quenching step is initiated in the hardening press by structures that contact the workpiece under pressure.
  • the workpiece is also supported in zones that are further apart from the support tool, which has a supporting effect due to its own rigidity.
  • the workpiece is supported against changes in geometry caused by component distortion, in particular changes in geometry in which the workpiece bulges or curves compared to its target geometry.
  • the method according to the invention is carried out in such a way that the support tool is removed from the workpiece while still in the press clamped state of the workpiece. This continues to counteract deformation in the workpiece area supported by the workpiece clamping.
  • the workpiece can be tensioned by axial loading, ie compressive loading of the workpiece in the demolding direction of the support tool, which acts to provide support through its own structural rigidity.
  • the workpiece and the support tool can be joined together by placing the workpiece on the support tool or inserting it into it.
  • the support tool and the workpiece can also be joined together by introducing the support tool into the workpiece held here, in particular by retracting it.
  • the temporal history of bringing the workpiece together with the support tool is preferably carried out identically by using drive elements in accordance with a defined process sequence for similar workpieces. It is possible to provide a period of time after the workpiece and support tool have been brought together in which the support tool heats up under the influence of the workpiece's own heat and expands, so that in this phase there is already a reduction in play or even a defined transition or There is a press fit between the support tool and the workpiece. After this phase, the workpiece is brought into contact with the quenching medium in accordance with a predetermined process. In a first phase in which the workpiece comes into contact with the quenching medium, heat transfer occurs partially with film evaporation.
  • This phase can be detected using process technology; it can be detected in particular acoustically and through pressure fluctuations in the quenching medium. It is possible to recognize the end of this phase of film evaporation and to implement a process concept for separating the workpiece and supporting tool that is based on or takes this point in the quenching process into account. It is also possible to record the thermal state of the workpiece or its ongoing changes in another way and to use the signals collected to determine a point in time for separating the workpiece and the supporting tool.
  • the method according to the invention is carried out in such a way that the support tool is deployed at a defined intermediate temperature.
  • This intermediate temperature is preferably recorded by measurement.
  • This detection can advantageously be carried out by measuring the temperature of the quenching medium after it has come into contact with the workpiece, in particular in the area of a channel section close to the workpiece. It is possible to carry out the method in such a way that the workpiece and support tool are separated, in particular the support tool is removed by pressing out or pulling it out when there is a defined outlet temperature of the quenching medium.
  • the method according to the invention is preferably carried out in such a way that the decoupling of the workpiece and the support tool, in particular the removal of the support tool from the workpiece, takes place at a temperature of the workpiece in a temperature range close to, but below, the martensite formation transition region.
  • the decoupling of the workpiece and the support tool, in particular the deployment of the support tool, can also be timed in such a way that this takes place at a defined shrinkage state of the workpiece, which is preferably recorded for this purpose by measurement.
  • This defined shrinkage state represents an excess state compared to the state of the workpiece at the target quenching temperature.
  • the method according to the invention is further preferably carried out in such a way that after the support tool has been deployed, the contact between the workpiece and the quenching medium is continued, in particular by applying the quenching medium to the workpiece.
  • the quenching medium can also advantageously flow through the spatial area initially filled by the support tool. It is also possible, after the support tool has been removed, in particular pressed out, to insert a further support tool into the workpiece, the dimensions of which are tailored to the shrinkage state when the target quenching temperature is reached. This insertion can take place by replacing the support tool that is matched to the expansion state in the strongly heated state, ie "oversized" support tool, with a support tool that is matched to the quenching target temperature, in particular by pressing it out.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the treatment of workpieces in which the inner opening is a cylindrical bore.
  • the support tool is then formed by a mandrel whose dimensions are matched, for example, to the intermediate shrinkage state of the workpiece that occurs just below the martensite transformation compared to the expansion before quenching.
  • a defined temperature fluid, in particular oil, is advantageously used as the quenching medium.
  • the quenching target temperature preferably corresponds at least approximately to the supply temperature of the quenching medium, which in turn can preferably be in the range of room temperature or up to 90 ° C above.
  • the method according to the invention is preferably carried out in such a way that the support tool is removed from the workpiece in a workpiece temperature range between 260 ° C and 190 ° C.
  • the support tool can be dimensioned relatively large and thus develop a high support effect in the high temperature range.
  • the temperature for the removal of the support tool, in particular the mandrel, from the workpiece is chosen to be lower, the support tool or the mandrel must be dimensioned correspondingly smaller.
  • the support tool can then be deployed, for example, at a workpiece temperature of 200°C. At this temperature value there is still considerable thermal expansion of the workpiece, but after removal of the support tool, in particular the mandrel, there is no longer any significant component distortion.
  • the support tool and the inner opening are geometrically coordinated with one another in such a way that a demoulding or decoupling force that is borderline for squeezing is reached before cooling to the target quenching temperature and is overcome to move the support tool.
  • the timing of the start of the deployment of the support tool can also be advantageously determined by modeling of the quenching process can be calculated so that the process can be carried out with the expected parameters and further optimization only requires small corrections.
  • this preferably takes place within the middle third or the penultimate quarter of the quenching time that runs after the first entry of the quenching medium until the workpiece target temperature is reached.
  • the quenching of the workpiece can advantageously be carried out in such a way that it is carried out by applying quenching media to defined areas of the workpiece in a time-controlled manner.
  • the zones of the workpiece that are less relevant for the pressing of the support tool, in particular of the mandrel can be quenched primarily, while the zones that are relevant for the shrinkage of the workpiece in the surrounding area of the support tool, in particular of the mandrel, can be quenched with secondary priority.
  • the support tool is designed to complement the geometry of the inner opening and can be inserted into that inner opening of the heated workpiece.
  • the hardening press includes a quenching device through which the workpiece can be brought into contact with a quenching medium in order to bring about rapid heat transfer from the workpiece and cooling the workpiece by the quenching medium to a target quenching temperature.
  • the support tool is tailored to an expansion state of the workpiece, which results at a workpiece temperature in the upper half of the temperature range between the quenching target temperature and the martensitic transformation range.
  • the support tool is preferably oversized by 4/1000 compared to the dimensions of the inner opening at the target quenching temperature.
  • the support tool can have internal cooling channels, so that the support tool can be cooled to or below the target quenching temperature of the workpiece before the workpiece has completely cooled down.
  • the hardening press in such a way that a complementary geometry is formed in an area of the die base surface and/or an area of the die cover surface, which is coordinated with interim geometries of the respective workpiece, such that the workpiece is formed through the interaction of the interim geometry and the die-side Complementary geometry in the hardening press is positioned radially to the press axis.
  • the hardening press according to the invention is preferably designed in such a way that the complementary geometry on the die side appears as a flat annular groove.
  • two opposite and facing annular grooves can be formed in the upper die and the lower die.
  • the workpiece-side interim geometry is then preferably represented as an annular disk or annular web section.
  • the workpiece is clamped axially at its interim geometries between the mutually facing annular surfaces of the annular grooves.
  • These ring surfaces can be designed as flat surfaces.
  • the workpiece and support tool are decoupled, in particular a support tool designed as a mandrel is moved out when a criterion is met.
  • This criterion can, without this list being exhaustive, include in particular the temperature of the workpiece, the time, a pressure, a shrinkage, a structural state, an amount of energy that is dissipated, a point, and/or an area, and/or a contour section in the thermal Be the cooling profile of the workpiece and/or a temperature value of the cooling medium.
  • the concept according to the invention ensures that the geometries of the support tool used to support the workpiece in the high-temperature phase of the quenching process do not cause an impermissibly tight fit of the support tool in the workpiece when the workpiece cools to the target workpiece temperature.
  • the concept according to the invention achieves a high and narrowly tolerated support effect for workpieces made of a steel material and thus an advantageous shape retention of the workpiece for the most deformation-critical phase of the quenching process.
  • the support tool is designed for a thermal expansion state of the workpiece, which occurs when the component temperature is still considerable, but which is already below the temperature value at which a required structural transformation has occurred.
  • the decoupling of the workpiece and the support tool occurs through a relative movement of these components against each other while overcoming a frictionally present coupling force.
  • the concept according to the invention is preferably implemented in such a way that the decoupling of the workpiece and the support tool takes place in a thermal state of the workpiece in which the coupling force is still below a critical value, for example a force that can be reliably provided and transmitted by the apparatus, or is below a force value at which a significant Wear of the support tool or damage to the workpiece is to be expected.
  • the workpiece can be brought into contact with the quenching medium by filling a spatial area surrounding the workpiece with the quenching medium. This fulfillment can be achieved by supplying the quenching medium or by immersing the workpiece or raising a level of the quenching medium.
  • Martensite is a metastable structure that is formed in a diffusionless and athermal manner through a cooperative shear movement from the original structure.
  • the material must be quenched from the temperature of a high-temperature phase (for steel: ⁇ -phase, austenite) below the equilibrium temperature to a low-temperature phase (for steel: ⁇ -phase, ferrite).
  • the supercooling below the equilibrium temperature must be deep enough to generate the necessary driving force for the athermal phase transformation.
  • the cooling must take place quickly enough to prevent diffusion processes.
  • the necessary subcooling and cooling rate depend heavily on the material in question (in the case of steel, on the alloying elements) and vary over a wide range. If the high-temperature phase is preserved metastable, it can transform into martensite induced by stress or strain (so-called retained austenite transformation in steels). Martensitic transformations occur in unalloyed and alloyed steels, as well as in many non-ferrous metals, ceramics and polymers and are not a phenomenon purely limited to metals. Martensitic transformation is a frequently used option for influencing the properties of steels
  • FIG. 1a serves to illustrate the concept according to the invention for accomplishing quench press hardening of a workpiece WS in a hardening press PQ, the workpiece here being formed, for example, from a steel material.
  • the material of the workpiece WS has the property that during a quenching process a structural transformation occurs with the formation of martensite. As shown in graphic G1, this martensite transformation is completed at a temperature of around 380°C.
  • the quenching process is accomplished by actively contacting the workpiece WS with a quenching medium, in particular oil.
  • a quenching medium in particular oil.
  • This oil is kept ready at a defined temperature level for the quenching process.
  • This temperature level is, for example, 40° and also corresponds to the temperature referred to below as the quenching target temperature to which the workpiece WS is at least approximately cooled.
  • Integrated graphic G2 illustrates the temperature profile of the workpiece during the quenching process.
  • the lower graph f1 shows the drop in the temperature of the workpiece WS directly in the area exposed to the quenching medium.
  • the graph f2 shows the workpiece temperature averaged over the entire volume of the workpiece WS.
  • the course of the average workpiece temperature shows a plateau at a temperature of 350°. This plateau corresponds to the martensite transition of the material of the workpiece WS.
  • This temperature state is reached quickly during the quenching process, here for example after a period of time of (approx. 100 to 150 seconds). After passing through this plateau, the cooling process slows down due to the lower temperature gradient between the workpiece WS and the quenching medium as well as the internal heat conduction in the workpiece.
  • the quenching press hardening of the workpiece WS is accomplished by supporting it by a support tool 5 as part of the quenching process.
  • This support tool 5 is designed here as a mandrel, which sits in an inner opening 6 of the workpiece WS during part of the quenching period.
  • the support tool 5 and the workpiece WS are geometrically coordinated with one another.
  • the coordination is such that, as part of the rapid cooling of the workpiece, the support tool 5 supports the workpiece WS with close play in a state that is still thermally expanded.
  • the workpiece WS shrinks onto the support tool 5 with a further reduction in the workpiece temperature f2
  • an increasing press fit occurs.
  • the design is such that the support tool 5 sits in the workpiece WS in a temperature range just below the temperature of the martensite transformation with a pressure that still allows the support tool 5 to be pressed out of the workpiece. Accordingly, the support tool 5 is pressed out of the workpiece WS in this thermal state of the workpiece WS.
  • the hardening press PQ includes a frame R and a tool set inserted into the hardening press PQ, which includes a lower die 1 and an upper die 2.
  • the upper die 2 can be moved by a press ram 4 and can be lifted so far from the lower die 1 that the workpiece WS can be inserted and removed.
  • the frame R is shown here vertically shortened and ultimately dimensioned in such a way that it enables a sufficient relative displacement of the upper die 2 and lower die 1 for the workpiece transfer.
  • the hardening press PQ shown here in simplified form, enables axial loading of the workpiece WS, so that it is supported by the tool set even outside the inner recess 6 by rigid clamping against deformation as part of the quenching process.
  • the hardening press PQ is controlled by a control device C.
  • the control device C controls in particular the closing of the tool set after receiving the workpiece WS, the pressing pressure for tensioning the workpiece WS, the retraction of the support tool 5 into the workpiece WS, the bringing of the quenching medium into contact with the workpiece WS, the decoupling of the support tool 5 from the workpiece WS before reaching the quenching target temperature, the continuation of the quenching process by further applying the quenching medium to the workpiece WS, opening the tool set and releasing the workpiece WS.
  • the range is between 250 and 500°C.
  • the target quenching temperature (or the temperature at which the workpiece is removed from the press) is typically around 50 to 70 °C. This temperature corresponds approximately to the oil temperature if the process is carried out accordingly.
  • the workpiece WS shown here as an example is a two-row helical gear for an epicyclic gear.
  • the inner opening 6 of this workpiece WS is designed as a cylindrical bore.
  • the support tool 5 is designed as a cylindrical mandrel.
  • the outer diameter D of the mandrel is matched to the inner diameter d of the inner opening 6 by implementing the approach described above.
  • the mandrel is therefore oversized compared to conventional approaches.
  • a press fit between the workpiece and the mandrel, which is critical for pressing out the mandrel, occurs when the temperature falls below a pressing limit. This extrusion limit temperature is significantly above the target quenching temperature to which the Workpiece has cooled down at the end of the quenching process.
  • the workpiece At the squeezing limit temperature, the workpiece is in a state of expansion which just allows decoupling of the workpiece and the support tool, for example squeezing or pulling out the support tool 5 from the workpiece WS.
  • the support tool 5 At this temperature at the latest, the support tool 5 is decoupled from the workpiece WS.
  • the diameter D of the support tool 5 is matched to the diameter of the inner opening 6 of the workpiece WS in such a way that the extrusion limit temperature is below the temperature at which the last structural transformation of the material of the workpiece WS, which is highly relevant to deformation, takes place.
  • FIG. 1b illustrates the sequence of a quenching press hardening process according to the invention for accomplishing the hardening of a workpiece WS that is initially heated in an oven, in which the workpiece WS is used in conjunction with the Figures 2 to 8 further specified tool set is supported, fixed and / or held with a support tool 5.
  • the workpiece WS is subjected to a quenching medium for cooling to a target quenching temperature as part of the process steps described below.
  • the support tool is removed before the quenching target temperature is reached and the workpiece WS is further cooled to the quenching target temperature in the tool set after the support tool has been removed.
  • the workpiece WS is heated in a defined manner in an oven F.
  • the workpiece WS is brought to a hardening press PQ and inserted into this hardening press PQ as part of process step S2.
  • the tool set is closed.
  • the workpiece WS is assembled with a support tool 5.
  • the support tool 5 is designed here as an example of a mandrel; the workpiece and support tool are joined by inserting the mandrel into the workpiece.
  • This mandrel has a special dimension in relation to the workpiece WS, it is “oversized” compared to conventional approaches.
  • the workpiece is further axially loaded by the tool set and is thereby clamped in the correct shape and thus additionally supported against deformation.
  • step S5 the workpiece 5 is brought into contact with the quenching medium. This can be done by feeding a quenching fluid into the tool set, or by lowering the workpiece into an oil bath or raising the oil bath toward the workpiece. This is where the first phase of the quenching process begins. As part of this first phase, an ongoing analysis takes place in step S6 according to the presence of a stop criterion.
  • this stop criterion consists of a temperature state of the workpiece WS, which is determined here, for example, by measuring the temperature of the quenching medium flowing out of the tool set.
  • the stop criterion can also be a time value or another measured value, for example a shrinkage value that is recorded on the hardening press or the tool set.
  • the stop criterion can also be a point in time or the expiration of a period of time after the end of the heat transfer by film evaporation.
  • step S7 the supply of the quenching medium is throttled in step S7 and in step S8 the support tool and the partially cooled workpiece are decoupled, for example by pressing or pulling the support tool out of the workpiece WS.
  • step S9 After the support tool has been moved out of the workpiece, the quenching process is continued in step S9 and the workpiece is further exposed to a quenching medium.
  • step S10 the supply of the quenching medium is stopped.
  • the workpiece has now cooled down to a target workpiece temperature, which, for example, approximately corresponds to room temperature.
  • method step S11 the tool set is opened and in method step S12 the workpiece WS is removed from the tool set.
  • the method described above is characterized by the fact that in the context of the first phase of quenching initiated by process step S5 until the martensite transformation is largely completed, a high supporting effect is achieved by the supporting tool, since its geometry is in a shrinkage state at a still well above the output target temperature the workpiece temperature is adjusted.
  • One the The pressure of the "oversized" support tool which makes removal of the support tool impermissibly difficult, is counteracted by removing this support tool at a decoupling temperature at which there is still sufficient thermal expansion of the workpiece, but the formation of martensite and the overall structural transformation have progressed to such an extent that this does not occur significant deformations are generated.
  • the first quenching phase P1 extends here, for example, over the temperature range from 800 ° C to 250 ° C.
  • the support tool is pressed out here, for example, at 250°C. Subsequently, further cooling to room temperature takes place as part of the second quenching phase P2.
  • the method according to the invention is preferably carried out in conjunction with the tool set described below.
  • the representation according to Figure 2 shows a tool set according to the invention, which is here in an open position.
  • the tool set includes a lower die 1 and an upper die 2.
  • the lower die 1 rests on a base of the hardening press PQ.
  • the upper die 2 is attached to a stamp 4 of the hardening press PQ.
  • the tool set includes a support tool 5, which is designed here as a cylindrical mandrel.
  • the support tool 5 is matched to the geometry of an inner opening 6 of the workpiece WS.
  • the support tool 5 can be moved into the workpiece WS via a mechanism 7.
  • the workpiece WS is moved into the open tool set as in connection with Figure 1 described in the context of a transfer step S1 and an insertion step S2, these steps are preferably carried out automatically using a transfer system, so that the thermal state of the workpiece WS and the effects of the atmosphere on the workpiece WS can be reproduced in terms of process technology.
  • the representation according to Figure 3 shows the tool set with the workpiece WS included in it in the closed state. This is achieved by lowering the upper die 2 onto the lower die 1 using the stamp 4 of the hardening press PQ. In this state, the workpiece WS is clamped with a clamping force that is still below the clamping force used for the quenching process. The support tool 5 is in this State not yet retracted into the workpiece WS in order to prevent the support tool 5 from heating up prematurely.
  • step S4 the support tool 5 is moved into the inner opening 6 of the workpiece WS by the mechanism 7 and the workpiece WS is axially clamped in the tool set.
  • the representation according to Figure 5 illustrates the execution of the first phase P1 of the quenching process.
  • a quenching medium QF is fed into coolant channels 8 of the tool set, in particular coolant channels 8 of the upper die 2.
  • the volume flow and the inlet temperature of the quenching medium QF are monitored and regulated/controlled by process technology.
  • the quenching medium QF flows over and contacts the workpiece WS in the closed tool set and cools it down.
  • the outlet temperature of the quenching medium QF is detected by a sensor 9 integrated into the lower die 1.
  • the thermal state of the workpiece is calculated from this temperature value in conjunction with the volume flow value of the quenching medium. As soon as this condition shows that a certain structural transformation of the material of the workpiece has been achieved, the supply of the quenching medium QF is throttled.
  • the tool set is opened after the quenching process has ended, the workpiece WS can now be easily removed from the tool set, the support tool 5 has already been moved out of the workpiece WS.
  • the support tool WS was also cooled to ambient temperature during the second phase P2 of the quenching process in the tool set by the quenching medium QF flowing from the workpiece WS and is available in this defined temperature state for the quenching press hardening of another workpiece as part of an automated process.
  • the concept according to the invention results in economic savings potential in that the workpiece is supported with narrow tolerances by the support tool in the phase that is critical for the workpiece distortion and excessive pressure between the workpiece and the support tool, in particular the mandrel, is counteracted by the support tool being switched off well before the target quenching temperature is reached is pressed out of the workpiece.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fertigung wärmebehandelter Werkstücke, insbesondere zur Fertigung zweireihiger, schräg verzahnter Zahnräder für ein Umlaufrädergetriebe eines Triebwerks. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auch auf eine Vorrichtung, insbesondere Härtepresse zur Fertigung derartiger Werkstücke unter Anwendung des genannten Verfahrens. Zur Bewerkstelligung der Härtung eines zunächst aufgeheizten Werkstücks wird das Werkstück mit einem Stützwerkzeug gekoppelt und zur Abkühlung auf eine Abschreckzieltemperatur mit einem Abschreckmedium in Kontakt gebracht. Erfindungsgemäß werden das Stützwerkzeug und das Werkstück vor Erreichen der Abschreckzieltemperatur entkoppelt und das Werkstück wird im Nachgang hierzu weiter auf die Abschreckzieltemperatur gekühlt.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fertigung wärmebehandelter Werkstücke, insbesondere zur Fertigung zweireihiger, schräg verzahnter Zahnräder für ein Umlaufrädergetriebe eines Triebwerks. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auch auf eine Härtepresse zur Fertigung derartiger Werkstücke unter Anwendung des genannten Verfahrens.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Zweireihig schräg verzahnte Zahnräder, wie sie insbesondere in Umlaufrädergetrieben von Flugzeugtriebwerken Anwendung finden, werden im Rahmen ihrer Herstellung einer Aufkohlbehandlung unterzogen, in deren Verlauf sich im Randbereich eines nahezu auf Endmaß vorgefertigten Zahnradkörpers eine Randschicht mit entsprechend erhöhtem Kohlenstoffgehalt und damit veränderten Werkstoffeigenschaften ergibt. Die aufgekohlten Zahnräder werden im Nachgang zu einer Werkstückaufheizung in eine Härtepresse verbracht, in dieser unter Einsatz eines als Stützwerkzeug fungierenden Dornes von innen her gestützt und durch axiale Pressung zwischen Strukturen eines Oberwerkzeuges und eines Unterwerkzeug axial belastet, d.h. formsteif eingespannt. Das derart durch den Dorn und die axiale Einspannung gegen Verformung jeweils in der Härtepresse gesicherte Werkstück wird abgeschreckt, indem das Werkstück unter Realisierung einer hohen Wärmetransferrate mit einem Kühlmedium beaufschlagt wird. Im Rahmen dieser Abschreckbehandlung wird das jeweilige Werkstück auf eine Abschreckzieltemperatur gekühlt die typischerweise der Raumtemperatur - oder in etwa der Temperatur des Abschreckmediums, entspricht. Nach Abkühlung des Werkstückes auf die Abschreckzieltemperatur wird der in dem Werkstück sitzende und das Werkstück stützende Dorn aus dem Werkstück ausgepresst. Der Dorn ist hierbei auf die Geometrie der während der Abschreckung abzustützenden Bohrung derart abgestimmt, dass die nach Schwindung des zunächst thermisch gedehnten Werkstückes eingetretene Pressung des Dornes noch ein Auspressen desselben bei Raumtemperatur ermöglicht. Das von dem Dorn befreite Werkstück kann dann weiteren Behandlungs- und Bearbeitungsschritten zur Gefügebehandlung sowie zur Erlangung der Endgeometrie unterzogen werden.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen aufzuzeigen, durch welche es möglich wird durch Presshärten gehärtete Werkstücke, insbesondere Zahnräder zu schaffen, die sich durch einen gegenüber bisherigen Herangehensweisen weiter verminderten Bauteilsverzug oder eine umfassendere Durchhärtung auszeichnen, so dass diese in zuverlässig reproduzierbarer Weise mit engen Formtoleranzen gefertigt werden können.
    • Erfindungsgemäße Lösung
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Bewerkstelligung der Härtung eines zunächst aufgeheizten Werkstücks, bei welchem das Werkstück mittels eines Stützwerkzeuges gegen Verformung gestützt wird und zur Abkühlung auf eine Abschreckzieltemperatur mit einem Abschreckmedium in Kontakt gebracht wird wobei das Stützwerkzeug und das Werkstück vor Erreichen der Abschreckzieltemperatur entkoppelt werden und das Werkstück weiter auf die Abschreckzieltemperatur gekühlt wird.
  • Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein aus einem Stahlwerkstoff gefertigtes Werkstück in der Phase der Martensitumwandlung durch das Stützwerkzeug mit engen Toleranzen zu stützen und den Werkstücksverzug in diese Phase der Gefügeumwandlung in einer gegenüber bisherigen Herangehensweisen verbesserten Weise zu reduzieren. Einer bei dieser Maßabstimmung von Werkstück und Stützwerkzeug unzulässigen Pressung wird entgegengetreten, indem das Stützwerkzeug nach der Martensitumwandlung bei einer noch vergleichsweise hohen Werkstücktemperatur und einer hierbei noch vorhandenen ausgeprägten thermischen Weitung aus dem Werkstück ausgepresst wird.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird das Werkstück vor Einleitung des Abschreckschrittes in der Härtepresse durch das Werkstück unter Druckbelastung kontaktierende Strukturen formstabil eingespannt. Hierdurch wird das Werkstück auch in Zonen abgestützt, die von dem durch seine eigene Formsteifigkeit stützend wirkenden Stützwerkzeug weiter beabstandet sind. Insbesondere wird das Werkstück hierbei gegen Geometrieänderungen durch Bauteilsverzug gestützt, insbesondere Geometrieänderungen bei welchen das Werkstück gegenüber seiner Sollgeometrie ausbaucht oder sich krümmt.
  • Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren derart abgewickelt, dass die Ausbringung des Stützwerkzeuges aus dem Werkstück noch in einem in der Presse eingespanntem Zustand des Werkstücks erfolgt. Hierdurch wird in dem durch die Werkstückspannung gestützten Werkstückbereich weiterhin einer Verformung entgegengetreten. Die Spannung des Werkstücks kann durch axiale Belastung, d.h. Druckbelastung des Werkstücks in Entformungsrichtung des durch seine eigene Struktursteifigkeit stützend wirkenden Stützwerkzeuges erfolgen.
  • Es ist auch möglich, die Pressung oder Einspannung des Werkstückes in der Härtepresse so abzustimmen, dass bei Ausbringung des Stützwerkzeuges die axiale Spannung des Werkstückes definiert reduziert wird. Hierdurch wird es möglich, den durch die vermittels der Härtepresse verursachten Pressungsbeitrag zu der auf der Schwindung des Werkstücks generierten Pressung zwischen Werkstück und Stützwerkzeug temporär zu reduzieren.
  • Das Zusammenfügen des Werkstückes und des Stützwerkzeuges kann erfolgen, indem das Werkstück auf das Stützwerkzeug aufgesetzt oder in dieses eingesetzt wird. Das Zusammenfügen des Stützwerkzeuges und des Werkstückes kann auch erfolgen, indem das Stützwerkzeug in das hierbei festgehaltene Werkstück eingebracht, insbesondere eingefahren wird.
  • Die zeitliche Historie des Zusammenbringens des Werkstückes mit dem Stützwerkzeug wird vorzugsweise durch Einsatz von Antriebsorganen nach Maßgabe eines definierten Prozessablaufes für gleichartige Werkstücke identisch abgewickelt. Es ist hierbei möglich, nach dem Zusammenbringen von Werkstück und Stützwerkzeug eine Zeitspanne vorzusehen, in welcher sich das Stützwerkzeug unter Einfluss der Eigenwärme des Werkstückes erhitzt und dabei weitet, so dass es in dieser Phase bereits zu einer Spielreduzierung oder auch zu einer definierten Übergangs- oder Presspassung zwischen dem Stützwerkzeug und dem Werkstück kommt. Nach dieser Phase erfolgt nach Maßgabe eines vorgegebenen Ablaufes die Inkontaktbringung des Werkstücks mit dem Abschreckmedium. In einer ersten zeitlichen Phase in welcher das Werkstück mit dem Abschreckmedium in Kontakt tritt, erfolgt ein Wärmetransfer teilweise unter Filmverdampfung. Diese Phase kann verfahrenstechnisch detektiert werden, sie ist insbesondere akustisch sowie durch Druckschwankungen im Abschreckmedium detektierbar. Es ist möglich, das Ende dieser Phase der Filmverdampfung zu erkennen und für die Auseinanderbringung von Werkstück und Stützwerkzeug ein Verfahrenskonzept umzusetzen, das auf diesen Zeitpunkt des Abschreckprozesses abstellt oder diesen berücksichtigt. Es ist auch möglich, den thermischen Zustand des Werkstückes oder dessen laufende Veränderung anderweitig zu erfassen und die hierbei erhobenen Signale der Ermittlung eines Zeitpunktes für das Auseinanderbringen von Werkstück und Stützwerkzeug zugrunde zu legen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung derart ausgeführt, dass die Ausbringung des Stützwerkzeuges bei einer definierten Zwischentemperatur erfolgt. Diese Zwischentemperatur wird vorzugsweise messtechnisch erfasst. Diese Erfassung kann in vorteilhafter Weise durch Messung der Temperatur des Abschreckmediums erfolgen, nachdem dieses mit dem Werkstück in Kontakt gelangt ist, insbesondere im Bereich eines werkstücknahen Kanalabschnittes. Es ist möglich, das Verfahren so abzuwickeln, dass das Auseinanderbringen von Werkstück und Stützwerkzeug, insbesondere die Ausbringung des Stützwerkzeuges durch Auspressen oder Herausziehen desselben bei Vorliegen einer definierten Austrittstemperatur des Abschreckmediums erfolgt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung vorzugsweise derart abgewickelt, dass die Entkoppelung von Werkstück und Stützwerkzeug, insbesondere die Ausbringung des Stützwerkzeuges aus dem Werkstück bei einer Temperatur des Werkstücks in einem Temperaturbereich nahe dem Martensitbildungsübergangsbereich, jedoch unter diesem erfolgt.
  • Die Entkoppelung von Werkstück und Stützwerkzeug, insbesondere die Ausbringung des Stützwerkzeuges kann auch zeitlich derart abgestimmt erfolgen, dass diese bei einem definierten Schwindungszustand des Werkstückes erfolgt, der hierzu vorzugsweise messtechnisch erfasst wird. Dieser definierte Schwindungszustand stellt sich als Übermaßzustand gegenüber dem Zustand des Werkstückes bei der Abschreckzieltemperatur dar.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird weiterhin vorzugsweise derart abgewickelt, dass nach dem Ausbringen des Stützwerkzeuges die Inkontaktbringung von Werkstück und Abschreckmedium, insbesondere durch Beaufschlagung des Werkstückes mit dem Abschreckmedium fortgesetzt wird. Hierbei kann in vorteilhafter Weise auch der zunächst vom Stützwerkzeug ausgefüllte Raumbereich von dem Abschreckmedium durchströmt werden. Es ist auch möglich, nach dem Ausbringen, insbesondere Auspressen des Stützwerkzeuges ein weiteres Stützwerkzeug in das Werkstück einzusetzen, das hinsichtlich seiner Abmessungen auf den Schwindungszustand bei Erreichen der Abschreckzieltemperatur abgestimmt ist. Dieses Einsetzen kann erfolgen, indem das auf den Dehnungszustand in stark erwärmten Zustand abgestimmte, d.h. "überdimensionierte" Stützwerkzeug durch ein auf die Abschreckzieltemperatur abgestimmtes Stützwerkzeug ersetzt, insbesondere durch dieses ausgepresst wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für die Behandlung von Werkstücken bei welchen sich die Innenöffnung als zylindrische Bohrung darstellt. Das Stützwerkzeug ist dann durch einen Dorn gebildet, der hinsichtlich seiner Abmessungen beispielsweise auf den gegenüber der Dehnung vor Abschreckung eingetretenen intermediären Schwindungszustand des Werkstücks knapp unterhalb der Martensitumwandlung abgestimmt ist.
  • Es ist auch möglich, im Rahmen des Abschreckprozesses den Sitz- oder Pressungszustand zwischen Dorn und Werkstück zu erfassen, indem die Ausbringung des Dornes eine erste vergleichsweise langsame Bewegungsphase, ggf. mit einer Rückstellung umfasst, in deren Rahmen hinsichtlich der Auspresskraft indikative Signale erfasst werden wobei die Auspressgeschwindigkeit erhöht wird, sobald ein definierter Auspresskraftschwellwert erreicht wird.
  • Als Abschreckmedium wird in vorteilhafter Weise ein definiert temperiertes Fluid, insbesondere Öl verwendet. Die Abschreckzieltemperatur entspricht vorzugsweise zumindest annähernd der Zuleitungstemperatur des Abschreckmediums die wiederum vorzugsweise im Bereich der Raumtemperatur oder auch bis zu 90°C darüber liegen kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise derart abgewickelt, dass die Ausbringung des Stützwerkzeuges aus dem Werkstück in einem Werkstücktemperaturbereich zwischen 260°C und 190 °C erfolgt. Bei hoch gewählten Temperaturen für die Entkoppelung von Werkstück und Stützwerkzeug, insbesondere die Entfernung des Stützwerkzeuges, beispielsweise in Form eines Dornes kann das Stützwerkzeug relativ groß dimensioniert werden und damit eine hohe Stützwirkung im hohen Temperaturbereich entfalten. Wird die Temperatur für die Ausbringung des Stützwerkzeuges, insbesondere des Dornes aus dem Werkstück niedriger gewählt, so ist das Stützwerkzeug oder der Dorn entsprechend kleiner zu dimensionieren. Die Ausbringung des Stützwerkzeuges kann dann beispielsweise bei einer Werkstücktemperatur von 200°C erfolgen. Bei diesem Temperaturwert herrscht noch eine erhebliche thermische Dehnung des Werkstückes, es tritt jedoch nach Entfernung des Stützwerkzeuges insbesondere des Dornes kein signifikanter Bauteilsverzug mehr ein.
  • Vorzugsweise werden das Stützwerkzeug und die Innenöffnung geometrisch derart aufeinander abgestimmt, dass eine für das Auspressen grenzwertige Entformungs- oder Entkoppelungskraft vor Abkühlung auf die Abschreckzieltemperatur erreicht und zur Verlagerung des Stützwerkzeuges überwunden wird. Die zeitliche Lage des Beginns der Ausbringung des Stützwerkzeuges kann in vorteilhafter Weise auch durch eine Modellierung des Abschreckvorganges errechnet werden, so dass das Verfahren mit erwartungsgemäß zutreffenden Parametern durchgeführt werden kann und eine weitere Optimierung nur allenfalls kleine Korrekturen erfordert.
  • Soweit die Entkoppelung von Werkstück und Stützwerkzeug, insbesondere die Ausbringung des Stützwerkzeuges nach einer rein zeitlichen Steuerung erfolgt, erfolgt diese vorzugsweise innerhalb des mittleren Drittels oder des vorletzten Viertels der nach erstem Zugang des Abschreckmediums bis zur Erreichung der Werkstückzieltemperatur laufenden Abschreckzeit.
  • Soweit bei der Ausbringung des Stützwerkzeuges auf den Gefügezustand des Werkstückes abgestellt wird, erfolgt bei Werkstücken die aus einem Stahlwerkstoff gefertigt sind, die Ausbringung nach weitgehendem Abschluss der Martensitumwandlung.
  • Die Abschreckung des Werkstückes kann in vorteilhafter Weise derart abgewickelt werden, dass diese durch zeitliche gesteuerte Beaufschlagung definierter Bereiche des Werkstücks mit Abschreckmedien erfolgt. Es können beispielsweise die für die Pressung des Stützwerkzeuges, insbesondere des Dornes weniger relevanten Zonen des Werkstückes primär abgeschreckt werden, die für die Schwindung des Werkstückes im Umgebungsbereich des Stützwerkzeuges, insbesondere des Dornes relevanten Zonen können zeitlich nachrangig abgeschreckt werden.
  • Die Abwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt vorzugsweise unter Einsatz einer Härtepresse zur Fertigung wärmebehandelter Werkstücke die eine Innenöffnung aufweisen, mit:
    • einem Untergesenk, das eine Gesenkbodenfläche bereitstellt und
    • einem Obergesenk, das eine Gesenkdeckelfläche bereitstellt, wobei
    • zwischen dem Untergesenk und dem Obergesenk ein Werkstückaufnahmeraum definiert ist und das Obergesenk und das Untergesenk in Richtung einer Pressachse unter Einspannung eines Werkstückes in dem Werkstückaufnahmeraum gegeneinander drängbar sind und
    • einem Stützwerkzeug, insbesondere in Form eines Dornes das in eine Innenöffnung des Werkstückes einsetzbar ist und derart auf die Bauteilsgeometrie abgestimmt ist, dass durch dieses das Werkstück gegen Verzug gestützt wird indem sich im Rahmen des Abschreckprozesses zwischen Werkstück und Stützwerkzeug eine Pressung einstellt.
  • Das Stützwerkzeug ist hierbei zur Geometrie der Innenöffnung komplementär ausgebildet und in jene Innenöffnung des aufgeheizten Werkstücks fügbar.
  • Die Härtepresse umfasst eine Abschreckeinrichtung durch welche das Werkstück mit einem Abschreckmedium in Kontakt bringbar ist, zur Bewerkstelligung eines rapiden Wärmetransfers aus dem Werkstück und Abkühlung des Werkstückes durch das Abschreckmedium auf eine Abschreckzieltemperatur.
  • Das Stützwerkzeug ist hinsichtlich seiner geometrischen Abmessungen auf einen Dehnungszustand des Werkstücks abgestimmt, der sich bei einer Werkstücktemperatur in der oberen Hälfte des Temperaturbereiches zwischen der Abschreckzieltemperatur und dem Martensitumwandlungsbereich ergibt.
  • Das Stützwerkzeug ist vorzugsweise gegenüber den Abmessungen der Innenöffnung bei Abschreckzieltemperatur um 4/1000 überdimensioniert.
  • Das Stützwerkzeug kann innere Kühlkanäle aufweisen, so dass das Stützwerkzeug noch vor der vollständigen Abkühlung des Werkstückes auf oder unter die Abschreckzieltemperatur des Werkstückes abkühlbar ist.
  • Es ist möglich, die Härtepresse so zu gestalten, dass in einem Bereich der Gesenkbodenfläche und/oder einem Bereich der Gesenkdeckelfläche eine Komplementärgeometrie ausgebildet ist, die auf Interimsgeometrien des jeweiligen Werkstücks abgestimmt ist, derart, dass das Werkstück durch das Zusammenspiel der Interimsgeometrie und der gesenkseitigen Komplementärgeometrie in der Härtepresse radial zur Pressachse positioniert ist.
  • Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Werkstück über Außenzonen einzuspannen, die primär als Absorptionszonen fungieren durch welche eine Aufkohlung von bestimmten Werkstückbereichen vermieden wird.
  • Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Härtepresse derart gestaltet, dass sich die gesenkseitige Komplementärgeometrie als flache Ringnut darstellt. So können insbesondere in dem Obergesenk und dem Untergesenk zwei einander gegenüberliegende und einander zugewandte Ringnuten ausgebildet werden. Die werkstückseitige Interimsgeometrie stellt sich dann vorzugsweise als Ringscheiben- oder Ringstegabschnitt dar.
  • Nach diesem Konzept wird das Werkstück an seinen Interimsgeometrien axial zwischen den einander zugewandten Ringflächen der Ringnuten gespannt. Diese Ringflächen können als Planflächen gestaltet sein.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Konzept erfolgt das Entkoppeln von Werkstück und Stützwerkzeug, insbesondere das Herausfahren eines als Dorn gestalteten Stützwerkzeuges bei Erfüllung eines Kriteriums. Dieses Kriterium kann ohne dass diese Aufzählung abschließend ist, insbesondere die Temperatur des Werkstücks, die Zeit, eine Pressung, eine Schwindung, ein Gefügezustand, eine Energiemenge die abgeführt ist, ein Punkt, und/oder ein Bereich, und/oder ein Konturabschnitt im thermischen Abkühlprofil des Werkstücks, und/oder ein Temperaturwert des Abkühlmediums sein.
  • Durch das erfindungsgemäße Konzept wird erreicht, dass die für die Abstützung des Werkstücks in der Hochtemperaturphase des Abschreckprozesses herangezogenen Geometrien des Stützwerkzeugs bei der Abkühlung des Werkstücks auf Werkstückzieltemperatur keinen unzulässig festen Sitz des Stützwerkzeugs in dem Werkstück verursachen.
  • Durch das erfindungsgemäße Konzept wird bei Werkstücken, die aus einem Stahlwerkstoff bestehen eine hohe und enge tolerierte Stützwirkung und damit ein vorteilhafter Formerhalt des Werkstücks für die verformungskritischste Phase des Abschreckprozesses erreicht. Das Stützwerkzeug ist auf einen thermischen Dehnungszustand des Werkstücks ausgelegt, der sich bei einer noch erheblichen Bauteilstemperatur ergibt, der jedoch schon unter dem Temperaturwert liegt, bei welchem eine geforderte Gefügeumwandlung eingetreten ist.
  • Die Entkoppelung von Werkstück und Stützwerkzeug erfolgt durch eine Relativbewegung dieser Bauteile gegeneinander unter Überwindung einer reibschlüssig präsenten Kopplungskraft. Das erfindungsgemäße Konzept wird vorzugsweise derart umgesetzt, dass die Entkoppelung von Werkstück und Stützwerkzeug in einem thermischen Zustand des Werkstückes erfolgt in welchem die Koppelungskraft noch unter einem kritischen Wert, beispielsweise einer apparatetechnisch zuverlässig bereitstellbaren und übertragbaren Kraft liegt oder unter einem Kraftwert liegt bei welchem ein signifikanter Verschleiß des Stützwerkzeuges oder eine Beschädigung des Werkstückes zu erwarten ist.
  • Die Inkontaktbringung des Werkstückes mit dem Abschreckmedium kann erfolgen, indem ein das Werkstück umsäumender Raumbereich mit dem Abschreckmedium erfüllt wird. Diese Erfüllung kann durch Zuleitung des Abschreckmediums oder durch Tauchen des Werkstücks oder Heben eines Pegels des Abschreckmediums erfolgen.
  • Wie oben ausgeführt, kann nach dem erfindungsgemäßen Konzept, insbesondere bei einem aus einem metallischen Werkstoff - hierbei wiederum insbesondere Stahl gefertigten Werkstück die Entkoppelung von Werkstück und Stützwerkzeug erfolgen nachdem in dem Werkstück die Bildung von martensitischem Gefüge weitgehend beendet ist. Martensit ist ein metastabiles Gefüge, das diffusionslos und athermisch durch eine kooperative Scherbewegung aus dem Ausgangsgefüge entsteht. Dabei muss das Material von der Temperatur einer Hochtemperaturphase (bei Stahl: γ-Phase, Austenit) unter die Gleichgewichtstemperatur zu einer Niedertemperaturphase (bei Stahl: α-Phase, Ferrit) abgeschreckt werden. Die Unterkühlung unter die Gleichgewichtstemperatur muss tief genug sein, um die notwendige Triebkraft für die athermische Phasenumwandlung zu erzeugen. Die Abkühlung muss schnell genug erfolgen, um Diffusionsvorgänge zu verhindern. Die notwendige Unterkühlung und Abkühlgeschwindigkeit sind stark vom betrachteten Material (bei Stahl von den Legierungselementen) abhängig und variieren über einen weiten Bereich. Wird die Hochtemperaturphase metastabil konserviert, kann sie sich spannungs- oder dehnungsinduziert in Martensit umwandeln (sog. Restaustenitumwandlung bei Stählen). Martensitische Umwandlungen kommen bei unlegierten und legierten Stählen, sowie auch bei vielen Nichteisen-Metallen, Keramiken und Polymeren vor und sind kein rein auf Metalle beschränktes Phänomen. Für Stähle ist die martensitische Umwandlung eine häufig genutzte Möglichkeit der Eigenschaftsbeeinflussung
    • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
    • Figur 1a
    eine Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Konzeptes der Bewerkstelligung einer Abschreckpresshärtung unter Einsatz eines Stützwerkzeuges das auf einen thermischen Dehnungszustand eines Werkstückes oberhalb einer Abschreckzieltemperatur ausgelegt ist;
    Figur 1b
    ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Ablaufs eines unter Einsatz einer erfindungsgemäß konfigurierten Härtepresse abgewickelten Fertigungsverfahrens;
    Figur 2
    eine vereinfachte Axialschnittdarstellung des Werkzeugsatzes einer Härtepresse in geöffnetem Zustand sowie mit einem bereits in den Werkzeugsatz eingesetzten Werkstück;
    Figur 3
    eine vereinfachte Axialschnittdarstellung des Werkzeugsatzes nunmehr in geschlossenem, Zustand mit dem im Inneren aufgenommenen, noch nicht voll gespannten Werkstück;
    Figur 4
    eine weitere Axialschnittdarstellung des Werkzeugsatzes in geschlossenem, Zustand nunmehr mit einem in das Werkstück eingefahrenen "überdimensionierten" Dorn, wobei das Werkstück zusätzlich zu der inneren Abstützung durch den Dorn auch durch Pressung des Werkzeugsatzes axial gespannt ist;
    Figur 5
    eine Darstellung des Werkzeugsatzes im Rahmen der ersten Phase der Abschreckprozedur;
    Figur 6
    eine Darstellung des Werkzeugsatzes in einem Zustand mit dem aus dem erst teilabgeschreckten Werkstück bereits ausgepressten Dorn;
    Figur 7
    eine Darstellung des Werkzeugsatzes im Rahmen der zweiten Phase der Abschreckprozedur;
    Figur 8
    eine Axialschnittdarstellung des Werkzeugsatzes in geöffnetem Zustand sowie einem vollständig auf Raumtemperatur abgeschreckten ausgabebereiten Werkstück.
    Ausführliche Beschreibung der Figuren
  • Die Darstellung nach Figur 1a dient der Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Konzeptes für die Bewerkstelligung einer Abschreckpresshärtung eines Werkstückes WS in einer Härtepresse PQ, wobei hier das Werkstück beispielhaft aus einem Stahlwerkstoff gebildet ist.
  • Der Werkstoff des Werkstückes WS hat die Eigenschaft, dass im Rahmen eines Abschreckvorganges eine Gefügeumwandlung unter Bildung von Martensit eintritt. Diese Martensitumwandlung ist wie aus der Grafik G1 hervorgeht bei einer Temperatur von etwa 380°C abgeschlossen.
  • Der Abschreckvorgang wird durch aktive Kontaktierung des Werkstückes WS mit einem Abschreckmedium, insbesondere Öl bewerkstelligt. Dieses Öl wird für den Abschreckvorgang auf einem definierten Temperaturniveau bereitgehalten. Dieses Temperaturniveau beträgt beispielsweise 40° und entspricht dabei auch der nachfolgend als Abschreckzieltemperatur bezeichneten Temperatur auf welche des Werkstück WS zumindest annähernd abgekühlt wird.
  • Die in die Darstellung nach Figur 1a eingebundene Grafik G2 veranschaulicht den Temperaturverlauf des Werkstückes im Rahmen des Abschreckprozesses. Der untere Graph f1 zeigt hierbei den Abfall der Temperatur des Werkstücks WS unmittelbar in dem von dem Abschreckmedium beaufschlagten Bereich. Der Graph f2 zeigt die über das gesamte Volumen des Werkstücks WS gemittelte Werkstücktemperatur. Wie aus dieser Darstellung erkennbar, weist der Verlauf der gemittelten Werkstücktemperatur bei einer Temperatur von 350° ein Plateau auf. Dieses Plateau korrespondiert mit dem Martensitübergang des Werkstoffes des Werkstückes WS. Dieser Temperaturzustand wird im Rahmen des Abschreckvorganges zügig erreicht, hier beispielhaft nach einer Zeitdauer von (ca. 100 bis 150 sec.). Nach Durchlauf dieses Plateaus ergibt sich eine Verlangsamung des Abkühlprozesses, aufgrund des niedrigeren Temperaturgradienten zwischen dem Werkstück WS und dem Abschreckmedium sowie der inneren Wärmeleitung im Werkstück.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Konzept wird die Abschreckpresshärtung des Werkstückes WS bewerkstelligt, indem dieses im Rahmen des Abschreckprozesses durch ein Stützwerkzeug 5 abgestützt wird. Dieses Stützwerkzeug 5 ist hier als Dorn gestaltet, der während eines Teils der Abschreckdauer in einer Innenöffnung 6 des Werkstückes WS sitzt.
  • Das Stützwerkzeug 5 und das Werkstück WS sind geometrisch aufeinander abgestimmt. Die Abstimmung ist erfindungsgemäß derart getroffen, dass im Rahmen der rasch erfolgenden Werkstückabkühlung das Stützwerkzeug 5 das Werkstück WS in einem thermisch noch weit gedehnten Zustand schon mit engem Spiel stützt. Sobald unter weiterer Reduktion der Werkstücktemperatur f2 das Werkstück WS auf das Stützwerkzeug 5 aufschrumpft, entsteht ein zunehmender Presssitz. Die Auslegung ist derart getroffen, dass das Stützwerkzeug 5 in einem knapp unter der Temperatur der Martensitumwandlung liegenden Temperaturbereich in dem Werkstück WS mit einer Pressung sitzt, die ein Auspressen des Stützwerkzeuges 5 aus dem Werkstück noch zulässt. Entsprechend erfolgt das Auspressen des Stützwerkzeuges 5 aus dem Werkstück WS in diesem thermischen Zustand des Werkstücks WS.
  • Die Härtepresse PQ umfasst ein Gestell R und einen in die Härtepresse PQ eingesetzten Werkzeugsatz, der ein Untergesenk 1 und ein Obergesenk 2 umfasst. Das Obergesenk 2 ist durch einen Presstempel 4 verfahrbar und derart weit von dem Untergesenk 1 abhebbar, dass ein Einsetzen und ein Herausnehmen des Werkstückes WS möglich ist. Der Rahmen R ist hier vertikal verkürzt dargestellt und letztlich derart dimensioniert, dass dieser eine für den Werkstücktransfer hinreichende Relativverlagerung von Obergesenk 2 und Untergesenk 1 ermöglicht.
  • Die hier vereinfacht dargestellte Härtepresse PQ ermöglicht ein axiales Belasten des Werkstückes WS, so dass dieses durch den Werkzeugsatz auch außerhalb der Innenausnehmung 6 durch steifes Einspannen gegen Deformation im Rahmen des Abschreckprozesses gestützt ist.
  • Die Härtepresse PQ wird durch eine Steuereinrichtung C gesteuert. Die Steuereinrichtung C steuert insbesondere das Schließen des Werkzeugsatzes nach Aufnahme des Werkstücks WS, den Pressdruck zur Spannung des Werkstückes WS, das Einfahren des Stützwerkzeuges 5 in das Werkstück WS, die Inkontaktbringung des Abschreckmediums mit dem Werkstück WS, die Entkoppelung des Stützwerkzeuges 5 von dem Werkstück WS vor Erreichen der Abschreckzieltemperatur, die Fortsetzung des Abschreckvorganges durch weitere Beaufschlagung des Werkstücks WS mit dem Abschreckmedium, das Öffnen des Werkzeugsatzes und die Freigabe des Werkstücks WS.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich die Entfernung des Stützwerkzeugs 5 aus dem Werkstück unmittelbar nach dem Martensit Übergang erwiesen. Die Spanne liegt zwischen 250 und 500°C. Die Abschreckzieltemperatur (oder die Temperatur, bei welcher das Werkstück aus der Presse geholt wird) liegt typischerweise bei ca. 50 bis 70 °C. Diese Temperatur entspricht bei entsprechender Verfahrensführung in etwa der Öltemperatur.
  • Bei dem hier beispielhaft dargestellten Werkstück WS handelt es sich um ein zweireihig schräg verzahntes Zahnrad für ein Umlaufrädergetriebe. Die Innenöffnung 6 dieses Werkstücks WS ist als zylindrische Bohrung ausgebildet. Das Stützwerkzeug 5 ist als zylindrischer Dorn ausgebildet. Der Außendurchmesser D des Dornes ist unter Umsetzung der oben beschriebenen Herangehensweise auf den Innendurchmesser d der Innenöffnung 6 abgestimmt. Der Dorn ist demnach gegenüber herkömmlichen Herangehensweisen überdimensioniert. Ein für das Auspressen des Dornes kritischer Presssitz zwischen dem Werkstück und dem Dorn tritt bei Unterschreiten einer Auspressgrenztemperatur ein. Diese Auspressgrenztemperatur liegt deutlich über der Abschreckzieltemperatur auf welche das Werkstück am Ende des Abschreckprozesses abgekühlt ist. Bei der Auspressgrenztemperatur befindet sich das Werkstück in einem Dehnungszustand der gerade noch eine Entkopplung von Werkstück und Stützwerkzeug, beispielsweise ein Auspressen oder Herausziehen des Stützwerkzeuges 5 aus dem Werkstück WS ermöglicht. Spätestens bei dieser Temperatur wird das Stützwerkzeug 5 von dem Werkstück WS entkoppelt. Der Durchmesser D des Stützwerkzeuges 5 wird derart auf den Durchmesser der Innenöffnung 6 des Werkstücks WS abgestimmt, dass die Auspressgrenztemperatur unter der Temperatur liegt, bei welcher die letzte stark verformungsrelevante Gefügeumwandlung des Werkstoffes des Werkstücks WS erfolgt.
  • Die Darstellung nach Figur 1b veranschaulicht den Ablauf eines erfindungsgemäßen Abschreckpresshärteverfahren zur Bewerkstelligung der Härtung eines zunächst in einem Ofen aufgeheizten Werkstücks WS, bei welchem das Werkstück WS mittels eines in Verbindung mit den Figuren 2 bis 8 noch weiter spezifizierten Werkzeugsatzes mit einem Stützwerkzeug 5 gestützt, fixiert und/oder gehalten wird. Bei diesem Verfahren wird das Werkstück WS im Rahmen der nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte zur Abkühlung auf eine Abschreckzieltemperatur mit einem Abschreckmedium beaufschlagt. Im Rahmen dieser Verfahrensschritte wird das Stützwerkzeug vor Erreichen der Abschreckzieltemperatur entfernt und das Werkstück WS nach Entfernung des Stützwerkzeuges in dem Werkzeugsatz weiter auf die Abschreckzieltemperatur gekühlt.
  • Für dieses Abschreckpresshärteverfahren wird das Werkstück WS in einem Ofen F definiert aufgeheizt. Im Rahmen des Verfahrensschrittes S1 wird das Werkstück WS zu einer Härtepresse PQ verbracht und im Rahmen des Verfahrensschrittes S2 in diese Härtepresse PQ eingesetzt. Hinsichtlich der Aufheizung des Werkstückes WS und der Verbringung desselben in die Härtepresse PQ gemäß den Verfahrensschritten S1, S2 wird auf die auf die Anmelderin zurückgehenden deutschen Patentanmeldungen DE 10 2022 108 510.4 , DE 10 2022 108 511.2 , DE 10 2022 108 512.0 , DE 10 2022 108 514.7 , DE 10 2022 108 515.5 , DE 10 2021 109 682.0 und DE 10 2022 108 513.9 verwiesen, deren Offenbarungen durch diese Bezugnahmen vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit eingebunden werden.
  • Im Rahmen des Verfahrensschrittes S3 wird der Werkzeugsatz geschlossen.
  • Im Rahmen des Verfahrensschrittes S4 wird das Werkstück WS mit einem Stützwerkzeug 5 zusammengefügt. Das Stützwerkzeug 5 ist hier beispielhaft als Dorn gestaltet, das Fügen von Werkstück und Stützwerkzeug erfolgt durch Einfahren des Dornes in das Werkstück. Dieser Dorn weist in Bezug auf das Werkstück WS eine besondere Dimensionierung auf, er ist gegenüber herkömmlichen Herangehensweisen "überdimensioniert". Zudem wird bei Erreichen der Endposition des Stützwerkzeuges in dem Werkstück, das Werkstück durch den Werkzeugsatz weiter axial belastet und dabei formgerecht eingespannt und damit zusätzlich gegen Verformung abgestützt.
  • Im Rahmen des Verfahrensschrittes S5 erfolgt die Inkontaktbringung des Werkstückes 5 mit dem Abschreckmedium. Dies kann durch Einspeisung eines Abschreckfluides in den Werkzeugsatz erfolgen, oder indem das Werkstück in ein Ölbad abgesenkt oder das Ölbad zum Werkstück hin angehoben wird. Hierbei nimmt eine erste Phase des Abschreckprozesses ihren Anfang. Im Rahmen dieser ersten Phase erfolgt im Schritt S6 eine laufende Analyse nach dem Vorliegen eines Stopp-Kriteriums. Im vorliegenden Falle besteht dieses Stopp-Kriterium in einem Temperaturzustand des Werkstückes WS der hier beispielhaft durch Messung der Temperatur des aus dem Werkzeugsatz ablaufenden Abschreckmediums ermittelt wird. Das Stopp-Kriterium kann auch ein Zeitwert oder ein anderweitiger Messwert sein, beispielsweise ein Schwindungswert, der an der Härtepresse oder dem Werkzeugsatz erfasst wird, das Stopp-Kriterium kann auch ein Zeitpunkt oder der Ablauf einer Zeitdauer nach Beendigung des Wärmetransfers durch Filmverdampfung sein.
  • Bei Erfüllung des Stopp-Kriteriums wird im Schritt S7 die Zufuhr des Abschreckmediums gedrosselt und im Schritt S8 werden das Stützwerkzeug und das erst teil-abgekühlte Werkstück entkoppelt, indem beispielsweise das Stützwerkzeug aus dem Werkstück WS herausgepresst oder herausgezogen wird.
  • Nachdem das Stützwerkzeug aus dem Werkstück herausverlagert wurde, wird im Schritt S9 der Abschreckprozess fortgesetzt und das Werkstück weiter mit einem Abschreckmedium beaufschlagt. Im Verfahrensschritt S10 wird die Zufuhr des Abschreckmediums eingestellt. Das Werkstück ist jetzt auf eine Werkstückzieltemperatur abgekühlt, die beispielsweise annähernd der Raumtemperatur entspricht.
  • Im Verfahrensschritt S11 wird der Werkzeugsatz geöffnet und im Verfahrensschritt S12 wird das Werkstück WS aus dem Werkzeugsatz entnommen.
  • Das oben beschriebene Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass im Rahmen der durch den Prozessschritt S5 eingeleiteten ersten Phase der Abschreckung bis zum weitgehenden Abschluss der Martensitumwandlung eine hohe Stützwirkung durch das Stützwerkzeug erreicht wird, da dessen Geometrie auf einen Schwindungszustand bei einer noch deutlich über der Ausgabezieltemperatur liegenden Werkstücktemperatur abgestimmt ist. Einer die Entfernung des Stützwerkzeuges unzulässig erschwerenden Pressung des "überdimensionierten" Stützwerkzeuges wird entgegengetreten, indem die Entfernung dieses Stützwerkzeuges bei einer Entkoppelungstemperatur erfolgt bei welcher noch eine hinreichende thermische Dehnung des Werkstückes gegeben ist, jedoch die Martensitbildung sowie die Gefügeumwandlung insgesamt derart weit gediehen ist, dass diese keine signifikanten Verformungen mehr generiert.
  • Dieser Vorgang der Martensitumwandlung in dem Stahlwerkstoff des Werkstückes ist anhand der in die Darstellung eingebundenen Grafik veranschaulicht. Die erste Abschreckphase P1 erstreckt sich hier beispielhaft über den Bereich der Temperaturen von 800°C bis 250°c. Das Auspressen des Stützwerkzeuges erfolgt hier beispielhaft bei 250°C. Nachfolgend erfolgt im Rahmen der zweiten Abschreckphase P2 eine weitere Abkühlung bis auf Raumtemperatur.
  • Es ist möglich, während der der Entkoppelung des Stützwerkzeuges von dem Werkstück die Zufuhr des Abschreckmediums fortzusetzen, ggf. mit einem gedrosselten Volumenstrom.
  • Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt vorzugsweise in Verbindung mit dem nachfolgend beschriebenen Werkzeugsatz.
  • Die Darstellung nach Figur 2 zeigt hierbei einen erfindungsgemäßen Werkzeugsatz, der sich hier in einer Offenstellung befindet. Der Werkzeugsatz umfasst ein Untergesenk 1 und ein Obergesenk 2. Das Untergesenk 1 liegt auf einer Basis der Härtepresse PQ auf. Das Obergesenk 2 ist an einem Stempel 4 der Härtepresse PQ befestigt. Der Werkzeugsatz umfasst ein Stützwerkzeug 5, das hier als zylindrischer Dorn gestaltet ist. Das Stützwerkzeug 5 ist auf die Geometrie einer Innenöffnung 6 des Werkstücks WS abgestimmt. Das Stützwerkzeug 5 kann über eine Mechanik 7 in das Werkstück WS eingefahren werden. Die Verbringung des Werkstückes WS in den geöffneten Werkzeugsatz erfolgt wie in Verbindung mit Figur 1 beschrieben im Rahmen eines Transferschrittes S1 und eines Einsetzschrittes S2, diese Schritte werden vorzugsweise mittels eines Transfersystem automatisiert abgewickelt, so dass der thermische Zustand des Werkstückes WS sowie die Einwirkungen der Atmosphäre auf das Werkstück WS prozesstechnisch reproduzierbar sind.
  • Die Darstellung nach Figur 3 zeigt den Werkzeugsatz mit darin aufgenommenem Werkstück WS in geschlossenem Zustand. Dieser wird herbeigeführt, indem das Obergesenk 2 durch den Stempel 4 der Härtepresse PQ auf das Untergesenk 1 abgesenkt wird. Das Werkstück WS wird in diesem Zustand mit einer Spannkraft eingespannt, die noch unterhalb der für den Abschreckprozess herangezogenen Spannkraft liegt. Das Stützwerkzeug 5 ist in diesem Zustand noch nicht in das Werkstück WS eingefahren um einer vorzeitigen Aufheizung des Stützwerkzeuges 5 vorzubeugen.
  • Wie durch die Darstellung nach Figur 4 veranschaulicht, wird im Verfahrensschritt S4 das Stützwerkzeug 5 durch die Mechanik 7 in die Innenöffnung 6 des Werkstücks WS eingefahren und das Werkstück WS in dem Werkzeugsatz axial gespannt.
  • Die Darstellung nach Figur 5 veranschaulicht die Abwicklung der ersten Phase P1 des Abschreckprozesses. Hierzu wird in Kühlmittelkanäle 8 des Werkzeugsatzes, insbesondere Kühlmittelkanäle 8 des Obergesenks 2 ein Abschreckmedium QF eingespeist. Der Volumenstrom und die Eintrittstemperatur des Abschreckmediums QF werden prozesstechnisch überwacht und geregelt/gesteuert. Das Abschreckmedium QF überströmt und kontaktiert in dem geschlossenen Werkzeugsatz das Werkstück WS und kühlt dieses ab. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird durch einen in das Untergesenk 1 eingebundenen Sensor 9 die Austrittstemperatur des Abschreckmediums QF erfasst. Aus diesem Temperaturwert wird in Verbindung mit dem Volumenstromwert des Abschreckmediums der thermische Zustand des Werkstückes errechnet. Sobald dieser Zustand ergibt, dass eine bestimmte Gefügeumwandlung des Werkstoffes des Werkstücks erreicht ist, wird die Zufuhr des Abschreckmediums QF gedrosselt.
  • Wie aus der Darstellung nach Figur 6 ersichtlich, wird bei Erreichen eines definierten thermischen Zustands des Werkstücks WS das Stützwerkzeug 5 aus dem Werkstück mittels einer Auspressmechanik 7a ausgebracht. Der Pressungszustand zwischen dem Stützwerkzeug 5 und dem Werkstück WS ist aufgrund der noch bestehenden erheblichen thermischen Dehnung noch unter einem kritischen Wert, so dass das Stützwerkzeug unter moderaten Presskräften ohne Gefahr von Riefenbildung aus dem Werkstück WS ausgepresst werden kann. Dieses Auspressen erfolgt wie aus dem beigestellten Diagramm ersichtlich hier beispielhaft bei einer Werkstücktemperatur im Bereich von 250°C.
  • Nach dem Auspressen des Stützwerkzeuges 5 wird wie in Figur 7 veranschaulicht der Abschreckvorgang fortgesetzt und hierzu weiter das Abschreckmedium QF in die Kühlkanäle 8 eingespeist. Das Abschreckmedium überströmt nunmehr auch die Wandung der Innenöffnung 6 des Werkstücks WS. Im Rahmen dieser zweiten Abschreckphase P2 mit entferntem Stützwerkzeug 5 erfolgt eine Abkühlung des Werkstückes auf Abschreckzieltemperatur.
  • Wie aus der Darstellung nach Figur 8 ersichtlich, wird der Werkzeugsatz nach Beendigung des Abschreckprozesses geöffnet, das Werkstück WS kann nunmehr auf einfach Weise aus dem Werkzeugsatz entnommen werden, das Stützwerkzeug 5 ist bereits aus dem Werkstück WS herausgefahren. Das Stützwerkzeug WS wurde zudem während der zweiten Phase P2 des Abschreckprozesses in dem Werkzeugsatz durch das vom Werkstück WS abfließende Abschreckmedium QF ebenfalls auf Umgebungstemperatur gekühlt und steht in diesem definiert temperierten Zustand für die Abschreckpresshärtung eines weiteren Werkstückes im Rahmen eines automatisierten Verfahrens zur Verfügung.
  • Durch das erfindungsgemäße Konzept ergibt sich ein wirtschaftliches Einsparungspotential indem das Werkstück in der für den Werkstücksverzug kritischen Phase mit engen Toleranzen durch das Stützwerkzeug abgestützt wird und einer übermäßigen Pressung zwischen Werkstück und Stützwerkzeug, insbesondere Dorn entgegengetreten wird, indem das Stützwerkzeug deutlich vor Erreichen der Abschreckzieltemperatur aus dem Werkstück ausgepresst wird.
  • Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar eine bestimmte exemplarische Ausgestaltung der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltung sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale von Ausführungsbeispielen hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solcher Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können. Stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt. Die Verfahrensschritte beschreiben Maßnahmen, nach welchen die durch eine Härteanlage geführten Werkstücke behandelt werden. Diese Verfahrensschritte werden über eine Steuereinrichtung koordiniert die ebenfalls Gegenstand der Erfindung bildet.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Bewerkstelligung der Härtung eines zunächst aufgeheizten Werkstücks, bei welchem:
    - das Werkstück mit einem Stützwerkzeug gekoppelt wird und zur Abkühlung auf eine Abschreckzieltemperatur mit einem Abschreckmedium in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützwerkzeug und das Werkstück vor Erreichen der Abschreckzieltemperatur entkoppelt werden und das Werkstück weiter auf die Abschreckzieltemperatur gekühlt wird.
  2. Verfahren zur Bewerkstelligung der Härtung eines zunächst aufgeheizten Werkstücks, das eine Innenöffnung aufweist, bei welchem:
    - im Rahmen eines vorbereitenden Verfahrensschrittes ein Stützwerkzeug in jener Innenöffnung angeordnet wird,
    - im Rahmen eines Abschreckschrittes das Werkstück mit einem Abschreckmedium in Kontakt gebracht wird,
    - das Werkstück durch das Abschreckmedium auf eine Abschreckzieltemperatur gekühlt wird und
    - im Rahmen eines der Entkoppelung des Werkstückes und des Stützwerkzeuges dienenden Verfahrensschrittes, das Stützwerkzeug aus der Innenöffnung ausgebracht wird, wobei
    - die Ausbringung des Stützwerkzeuges aus der Innenöffnung des Werkstücks nach Einleitung des Abschreckschrittes derart abgestimmt erfolgt, dass vor Erlangung der Abschreckzieltemperatur das Stützwerkzeug aus der Innenöffnung des Werkstücks bereits ausgebracht ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück vor Einleitung des Abschreckschrittes formsteif eingespannt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbringung des Stützwerkzeuges aus dem Werkstück in eingespanntem Zustand des Werkstücks erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbringung des Stützwerkzeuges die Spannung des Werkstückes definiert reduziert wird.
  6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbringung des Stützwerkzeuges bei einer definierten Zwischentemperatur erfolgt.
  7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbringung des Stützwerkzeuges bei einer Temperatur des Werkstücks in einem Temperaturbereich nahe dem Martensitbildungsübergangsbereich, jedoch unter diesem erfolgt.
  8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbringung des Stützwerkzeuges bei einem definierten Schwindungszustand des Werkstückes erfolgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich dieser definierte Schwindungszustand als Übermaßzustand gegenüber dem Zustand des Werkstückes bei der Abschreckzieltemperatur darstellt.
  10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausbringen des Stützwerkzeuges die Beaufschlagung des Werkstückes mit dem Abschreckmedium fortgesetzt wird.
  11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ausbringung des Stützwerkzeuges ein vom Stützwerkzeug freigegebener Bohrungsinnenbereich mit dem Abschreckmedium beaufschlagt wird
  12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis11, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenöffnung sich als zylindrische Bohrung darstellt und dass das Stützwerkzeug durch einen Dorn gebildet ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbringung des Dornes eine erste Bewegungsphase umfasst, in deren Rahmen hinsichtlich der Auspresskraft indikative Signale erfasst werden und dass die Auspressgeschwindigkeit erhöht wird, sobald ein definierter Auspresskraftschwellwert erreicht wird.
  14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Abschreckmedium ein definiert temperiertes Fluid verwendet wird und dass die Abschreckzieltemperatur der Temperatur des Abschreckmediums oder der Raumtemperatur entspricht.
  15. Vorrichtung zur Bewerkstelligung der Härtung eines hierzu zunächst aufgeheizten Werkstücks, das eine Innenöffnung aufweist, mit:
    - einem Stützwerkzeug, das zur Geometrie der Innenöffnung komplementär ausgebildet ist und das in jene Innenöffnung des aufgeheizten Werkstücks einbringbar ist und
    - einer Abschreckeinrichtung durch welche das Werkstück mit einem Abschreckmedium in Kontakt bringbar ist, zur Abkühlung des Werkstückes durch das Abschreckmedium auf eine Abschreckzieltemperatur,
    - wobei das Stützwerkzeug hinsichtlich seiner geometrischen Abmessungen auf einen thermischen Dehnungszustand des Werkstücks abgestimmt ist, der sich bei einer Werkstücktemperatur in der oberen Hälfte des Temperaturbereiches zwischen der Abschreckzieltemperatur und dem Martensitumwandlungsbereich ergibt.
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