Anlage und Verfahren zum Wärmebehandeln von Werkstücken
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Wärmebehandleln von Werkstücken mit einem taktweise drehbeweglichen Drehherdofen, der eine Außen- und eine Innenwand aufweist, die einen Ofenraum begrenzen, mit Türen, die den Ofenraum in mehrere Behandlungszonen unterteilen, mit einer erste und einer zweiten ver- schließbaren Öffnung zum Be- oder Entladen, wobei die Öffnungen in der Außenwand angeordnet sind und wobei jeder Öffnung eine Transporteinrichtung für die Werkstücke und eine Abschreckeinrichtung zugeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der Anlage zum Wärmebehandleln von Werkstücken.
Eine derartige Anlage, die aus der WO 03/081156 A1 bekannt ist und die zum Härten von Werkstücken verwendet wird, weist in einer Außenwand zwei verschließbare Öffnungen zum Be- und Entladen auf. Einer ersten Öffnung ist eine erste Abschreckvorrichtung in Form einer Härte-Presse und einer zweiten Öffnung ist eine zweite Abschreckeinrichtung in Form eines Abschreckbades vorgelagert. Letzteres ist mittels einer Schleuse direkt mit dem Drehherdofen verbunden. Der ersten Öffnung ist eine erste Transporteinrichtung in Form einer Stoßeinrichtung und der zweiten Öffnung ist eine zweite Transporteinrichtung in Form eines Beschickungs-Roboters bzw. Manipulators zugeordnet.
Die Werkstücke werden in dem Drehherdofen in mehreren Behandlungszonen erwärmt, aufgekohlt und in einer der Abschreckeinrichtungen abgeschreckt. Anschließend werden die gehärteten Werkstücke auf eine Rollenbahn befördert und gelangen in einen Wascher sowie einen Anlassofen, in welchem die Werkstücke aufgrund mäßiger Erwärmung von Spannungen befreit werden.
BESTATIGUNGSKOPIE
Der Drehherdofen kann für das Erwärmen und Aufkohlen von ersten Werkstücken benutzt werden, die einzeln in der ersten Abschreckeinrichtung in Form einer Härtemaschine bzw. Härtepresse abgeschreckt werden. Der Drehherdofen kann alternativ für das Erwärmen und Aufkohlen von zweiten Werkstücken eingesetzt werden, die frei in Abschreckbädern abgeschreckt werden und die zu Chargen gepackt sind, die sich auf Chargenträgern, z. B. Gitterrosten oder in Körben oder ähnlichen Behältnissen befinden. Die Flexibilität hinsichtlich Einsatzmöglichkeiten ist daher begrenzt.
Außerdem hat eine Ausführungsform der bekannten Anlage den Nachteil, dass der Ofenraum, der sich in Drehrichtung zwischen den beiden Öffnungen befinden, nicht für die Wärmehandlung genutzt werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäss darin, eine Anlage der eingangs , genannten Art derart weiterzubilden, dass die gleichzeitige Wärmebehandlung von verschiedenartigen Werkstücken ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist der Drehherd in Drehrichtung in mehrere definierte erste Plätze für erste Werkstücke und zweite Plätze für zweite Werkstücke unterteilt, wobei sich die ersten und zweiten Plätze abwechseln, wobei sich zwischen den Öffnungen sich in Drehrichtung mindestens eine Behandlungszone erstreckt, wobei die Anzahl der Plätze in dieser Behandlungszone ein ganzteiliges Vielfaches von zwei beträgt und die Länge eines Förderhubes der Länge von mindestens zwei Plätzen entspricht.
Jedes Werkstück, welches in den ringförmigen Ofenraum eingebracht wird, durchläuft diesen komplett und wird durch die selbe Öffnung entnommen. Die Länge jeder Behandlungszone muss bei zwei verschiedenen Werkstückarten mindestens zwei Plätze oder ein ganzzahliges Vielfaches von zwei, beispielsweise vier, sechs oder acht betragen.
Auf diese Weise wird die gleichzeitige Wärmebehandlung von verschiedenartigen Werkstücken in einem einzigen Drehherdofen ermöglicht und der Ofenraum optimal ausgenutzt.
Die Aufgabe wird alternativ durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruches 2 gelöst.
Erfindungsgemäß ist in der Außenwand eine dritte Öffnung angeordnet, wobei der dritten Öffnung eine Transporteinrichtung für die Werkstücke und eine Abschreckein- richtung zugeordnet ist, wobei der Drehherd in Drehrichtung in mehrere definierte erste Plätze für erste Werkstücke, zweite Plätze für zweite Werkstücke sowie dritte Plätze für dritte Werkstücke unterteilt, wobei sich die ersten, zweiten und dritten Plätze abwechsein, wobei sich zwischen den Öffnungen in Drehrichtung mindestens eine Behandlungszone erstreckt, wobei die Anzahl der Plätze in der Behandlungs- zone ein ganzteiliges Vielfaches von drei beträgt und wobei die Länge eines Förderhubes der Länge von mindestens drei Plätzen entspricht.
Vorzugsweise sind die ersten Plätze mit Einbauten versehen, die zur Wärme- speicherung ausgebildet sind und deren Kohlenstoffaktivität im wesentlichen gleich 1 ist. Die Wärmekapazität beträgt mindestens das 1 ,5fache der Wärmekapazität der ersten Werkstücke. Wenn diese Einbauten ständig im Ofenraum verbleiben, können sie Wärme speichern, die an die kalten Werkstücke abgegeben werden kann, sobald diese in den Ofenraum eingebracht werden. Die Einbauten dienen somit als Sekundärheizkörper, die bewirken, dass die Werkstücke schnell aufgeheizt werden und die sich die Taktzeit verringert. Gleichzeitig wird die Kohlenstoffverfügbarkeit nicht reduziert, weil an den erhitzten Einbauten kein Kohlenstoff bzw. Russ ausfällt.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Einbauten aus hochtemperaturbeständigen Keramik , insbesondere SIC oder oder kohlenstofffaserverstärker Keramik besteht. Keramik weist einen geringen Ausdehnungskoeffienten auf, so dass sich die Einbauten nicht verziehen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Einbauten zur Lagerung der Werkstücke ausgebildet sind.
Die Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten und/oder der dritten Öffnung eine Abschreckeinrichtung in Form eines Abschreckbades zugeordnet ist, wobei das Abschreckbad mittels einer beheizbaren Schleuse, die zur Zwischenlagerung von Werkstücken ausgebildet ist, die zur Zwischenlagerung von Werkstücken ausgebildet ist, direkt mit dem Dreherdofen verbunden ist.
Schließlich bietet die Erfindung die vorteilhafte Möglichkeit, dass den Abschreckeinrichtungen ein gemeinsamer Anlassofen nachgeschaltet ist, der je eine Bahn für die ersten, zweiten oder ggf. dritten Werkstücke aufweist.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Takt durch jede Öffnung ein Werkstück in den Ofenraum eingebracht und entladen wird und dass sich zwischen den Öffnungen in Drehrichtung mindestens eine Behandlungszone erstreckt, in der während der Wärmebehandlung ein Wärmetausch zwischen ersten, zweiten und ggf. dritten Werkstücken stattfindet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung erläutert.
Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Anlage zur Wärmebehandlung;
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Anlage wird zum Einsatzhärten, d. h. Gasauf- kohlen und Härten von verschiedenartigen Werkstücken, beispielsweise Tellerrädern, welche in einer Härtepresse abgeschreckt werden und Antriebskegelrädern, welche frei in einem Abschreckbad abgeschreckt werden, verwendet.
Die Anlage zur Wärmebehandlung von Werkstücken weist einen Drehherdofen 1 , der einen taktweise drehbeweglichen Drehherd 2 und eine Außen- und Innenwand 3a, b aufweist, die einen Ofenraum 4 begrenzen, der mittels vertikal beweglicher Türen 5a- f in mehrere Behandlungszonen 6a-d unterteilt ist.
In der Außenwand 3a befindet sich eine erste verschließbare Öffnung 7 zum Be- und Entladen von mehreren ersten Werkstücken, hier Tellerrädern, welche einzeln in einer Härtepresse abgeschreckt werden. Der ersten Öffnung 7 ist eine erste Trans- porteinrichtung 9 in Form eines Beschickungs-Roboters bzw. Manipulators zugeordnet, mit dessen Hilfe die ersten Werkstücke in den Ofenraum 4 hinein und hinaus transportiert werden. Der ersten Öffnung 7 ist eine erste Abschreckvorrichtung 10 in Form einer Härtemaschine bzw. Härte-Presse vorgelagert, in der die ersten Werkstücke einzeln abgeschreckt werden.
In der Außenwand 3a befindet sich beabstandet von der ersten Öffnung 7 eine zweite Öffnung 11 , zum Be- und Entladen von zweiten Werkstücken, hier Antriebskegelrädern. Der zweiten Öffnung 11 ist eine zweite Abschreckeinrichtung in Form eines Abschreckbades 13 vorgelagert. Letzteres ist mittels einer Schleuse 14 direkt mit dem Drehherdofen 1 verbunden. Der zweiten Öffnung 11 ist eine zweite Transporteinrichtung 15 in Form einer Stoßeinrichtung zugeordnet. Um die Transport- bzw. Stoßzeiten zu verkürzen, ist die Schleuse 14 beheizt und so ausgebildet, dass eine Charge bzw. ein Rost in der Schleuse zwischengelagert werden kann. Die zweiten Werkstücke 12 werden frei im Abschreckbad abgeschreckt und sind zu Chargen ge- packt, die sich auf Chargenträgern, z. B. Gitterrosten oder in Körben oder ähnlichen Behältnissen befinden.
Der Drehherd 2 des Drehherdofens 1 ist taktweise drehbeweglich. Der Drehherd bewegt sich nur in eine Richtung, und zwar hier entgegen dem Uhrzeigersinn.
Auf dem Drehherd wechseln sich in Drehrichtung erste Plätze 8 für mehrere erste Werkstücke und zweite Plätze 12 für mehrere zweite Werkstücke 12 ab. Somit ist der gesamte Drehherd in erste Plätze 8 und zweite Plätze 12 aufgeteilt.
Bei jedem Förderhub des Drehherdes werden erfindungsgemäß zwei Plätze, d. h. ein erster Platz 8 mit ersten Werkstücken und ein zweiter Platz 12 mit zweiten Werkstücken weiterbewegt. Die Länge eines Förderhubes entspricht somit zwei Plätzen. Damit ist gewährleistet, dass stets ein erstes Werkstück 8 vor der ersten Öffnung 7 und somit vor der ersten Abschreckeinrichtung und gleichzeitig zweite Werkstücke 12 vor der zweiten Öffnung 11 und dementsprechend vor der zweiten Abschreckeinrichtung ankommen.
Jedes Werkstück, das in den ringförmigen Ofenraum eingebracht wird, durchläuft diesen komplett und wird durch die selbe Öffnung entnommen. Die Länge jeder Behandlungszone muss bei zwei verschiedenen Werkstückarten mindestens zwei Plätze oder ein ganzzahliges Vielfaches von zwei, beispielsweise vier oder sechs betragen.
Werden drei verschiedene Werkstückarten zeitgleich wärmebehandelt, muss eine dritte Öffnung 20 zum Be- und Entladen vorhanden sein. Die Länge jeder Behandlungszone muss mindestens drei Plätze oder ein ganzzahliges Vielfaches von drei, beispielsweise sechs oder neun betragen.
Die Behandlungszonen 6a-d weisen jeweils definierte Temperaturen und Behandlungsatmosphären auf. Beim Aufkohlungsprozess werden die Werkstücke in den Behandlungszonen auf bekannte Art und Weise erwärmt, wobei ein Stoffübergang stattfindet. Vor der Entnahme, d. h. in letzten Behandlungszone werden die Werkstücke auf die Härtetemperatur abgekühlt. In der letzten Behandlungszone beträgt der Kohlenstoffpegel 0,7% bis 0,8%, um einen Randkohlenstoffgehalt in den Werkstücken in der selben Höhe zu erreichen.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die ersten Plätze mit nicht im Detail dargestellten Einbauten versehen sind, die zur Wärmespeicherung ausgebildet sind. Die Einbau- ten weisen eine große Wärmespeichermasse und in Bezug auf die ersten
Werkstücke eine große Wärmekapazität auf und verhalten sich gleichzeitig gegenüber der kohlenstoffhaltigen Behandlungsatmosphäre neutral, d. h. dass deren Kohlenstoffaktivität im wesentlichen gleich 1 ist. Wenn diese Einbauten ständig im Ofenraum verbleiben, können sie Wärme speichern, die an die kalten Werkstücke abgestrahlt werden kann, sobald diese in den Ofenraum eingebracht werden. Die Einbauten dienen somit als Sekundärheizkörper. Die Erwärmung der Werkstücke wird durch die Strahlungswärme verkürzt. Gleichzeitig wird die Kohlenstoffverfügbarkeit nicht reduziert, weil an den erhitzten Einbauten kein Kohlenstoff bzw. Russ ausfallen kann.
Vorzugsweise bestehen die Einbauten aus hochtemeraturbeständiger Keramik. Die Einbauten können zusätzlich zur Lagerung der Werkstücke dienen. Die Einbauten sind in diesem Fall als Gestelle mit mehreren übereinander angeordneten Böden zur Aufnahme von Werkstücken ausgebildet. Diese Gestelle bilden stapelbare Module, die geschlossene Wände und Böden aufweisen. Auf die Gestelle sind beispielsweise die ersten Werkstücke einzeln gelagert. Die einzelnen Werkstücke können sich auch auf Tragelementen befinden. Dies sind beispielsweise Gitterroste aus hitzebeständigem Stahl, auf denen die Werkstücke be- und entladen werden. Die einzelnen Module bilden einen einzelnen freistehenden Chargenstapel, so dass die Ofenzonen durch die Zwischentüren voneinander getrennt werden können. Wenn die Chargen- Stapel in Nischen in der Ofenausmauerung eingebaut werden, besteht auf einfache Weise eine zusätzliche Trennung der Ofenzonen.
Die Werkstücke, die durch eine Öffnung in den Ofenraum eingebracht werden, durchlaufen diesen komplett und werden durch die selbe Öffnung entnommen. Die Länge jeder Behandlungszone muss bei zwei verschiedenen Werkstückarten min-
destens zwei Plätze oder ein ganzzahliges Vielfaches von zwei, beispielsweise vier oder sechs betragen. Werden drei verschiedene Werkstückarten zeitgleich wärmebehandelt, muss die Länge einer Behandlungszone mindestens drei Plätze oder ein ganzzahliges Vielfaches von drei, beispielsweise sechs oder neun betragen.
In Drehrichtung zwischen den beiden Öffnungen 7 und 11 des Drehherdofens 1 befindet sich eine Behandlungszone 6a. Diese fungiert als erste Behandlungszone für die ersten Werkstücke 8 und gleichzeitig als letzte Behandlungszone für die zweiten Werkstücke 12 , bevor letztere durch die Öffnung 11 den Ofenraum verlassen.
In der Behandlungszone 6a findet ein Wärmetausch zwischen den verschieden- artigen Werkstücken auf den ersten und zweiten Plätzen statt. Wärmespeichernde Einbauten auf den Plätzen für die ersten Werkstücke wirken als Sekundärheizkörper, die Wärme abstrahlen. Auf diese Weise wird die gleichzeitige Wärmebehandlung von verschiedenartigen Werkstücken in einem einzigen Drehherdofen ermöglicht, die Taktzeiten erhöht und der Ofenraum optimal ausgenutzt.
Nach dem Aufkohlen in dem Drehherdofen werden die Werkstücke in einer der Abschreckeinrichtungen abgeschreckt. Nach dem Abschrecken werden die Werkstücke auf Rollenbahnen 16a, b befördert und gelangen in je einen Wascher 17a, b sowie einen gemeinsamen Anlassofen 18, in welchem die ersten und die zweiten Werkstücke aufgrund mäßiger Erwärmung von Spannungen befreit werden.
Erfindungsgemäß weist der Anlassofen 18 je eine Bahn 19a, b für die ersten und die zweiten Werkstücke auf. Die Be- und Entladung der Chargen und der Einzelteile erfolgen sortenrein über die separate Rollbahnen 16a, 16b.
Im Rahmen der Erfindung können auch drei verschiedenartige Werkstücke gleichzeitig wärmebehandelt werden. In diesem Fall entspricht die Länge eines Förderhubes drei Plätzen, um zu gewährleisten, dass alle Werkstücke vor derjenigen Öffnung ankommen, durch die sie in den Ofen gelangt sind.