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Verfahren zur trockenen Wärmebehandlung erhitzter Werkstücke durch
gesteuerten Wärmeentzug und Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur trockenen Wärmebehandlung
erhitzter Werkstücke durch gesteuerten Wärmeentzug mittels eines der Werkstückoberfläche
zugeführten gut wärmeleitenden Gemischs aus einem Gas und einem pulverisierten Feststoff,
bei dem der als Wärmeträger dienende Feststoff im Strom des strömenden Gases mit
der Werkstückoberfläche in Kontakt gebracht wird, und auf eine Einrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens.
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Zur Wärmebehandlung von insbesondere induktiv erhitzten metallischen
Werkstücken, deren Oberfläche durch nachfolgendes Abschrecken zu härten ist, ist
es bekannt, den Wärmeentzug durch stehende oder fließende Flüssigkeitsbäder, in
die die Werkstücke eingetaucht werden, vorzunehmen. Auch ist es bekannt, die Werkstücke
mit einem flüssigen Kontaktmittel zum Zweck des Wärmeentzugs mittels Duschvorrichtungen,
die das flüssige Kontaktmittel versprühen, zu behandeln.
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Zur trockenen Abkühlung zu behandelnder Werkstücke ist es bekannt,
die Oberfläche des Werkstücks mit dem Einfluß eines kühlenden Gasstroms, der dem
Werkstück unter Druck ebenfalls mittels Duschvorrichtungen zugeführt wird, auszusetzen.
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Sind dabei dem Werkstück in kürzeren Zeitabschnitten grRere Wärmemengen
zu entziehen, ist es üblich, entweder eine Flüssigkeitskiihlung vorzunehmen, oder
aber ein Gemisch aus einer versprühten Flüssigkeit mit Luft oder einem anderen
Tra$ergas
zu benutzen.
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In Fällen, bei denen das Material des metallischen Werkstüclcs ausdrücklich
eine trockene Kühlung verlangt, ist es üblich, die Kühlung im Luft- bzw. Gasstrom
vorzunehmen. Müssen dabei große Wärmemengen in kürzerer Zeit abgeführt werden, so
werden dazu Gasmengen benötigt, die dem Werkstück bzw. seiner Oberfläche über Düsenvorrichtungen
unter hohem Druck zugeführt werden. Der dabei entstehende Lärm ist beträchtlich.
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Um die Geräuschbildung in solchen Fällen zu reduzieren, ist es bereits
vorgeschlagen worden, zur Kühlung ein Gemisch zu benutzen, das aus einem Gas und
einem pulverisierten Feststoff, z.B. Kupferpulver, besteht. Dem an der Düsenvorrichtung
entströmenden Gas, vorzugsweise Luft, wird der pulverförmige Kontaktwerkstoff zugemischt,
und es wird dieses Gemisch der Oberfläche des Werkstücks zugeführt. Wenngleich die
Gasmengen, die zur Kühlung des Werkstücks erforderlich sind, bei einem derartigen
Vorgehen ebenso wie der zugehörige Lärm beträchtlich reduziert werden können, läßt
sich die Kühlung des Werkstücks dennoch nicht geräuscharm vornehmen.
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Die Erfindung bezweckt es, bei einem Verfahren der eingangs näher
bezeichneten Art die Anordnung derart zu treffen, daß bei Anwendung geringer Gasmengen
eine hohe Leistung bei der Wärmeabführung erreichbar ist. Dabei sollte gleichzeitig
die Geräuschbildung weiter vermindert werden.
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Diese Aufgabe wird unter Anwendung eines Verfahrens der eingangs näher
bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kontaktfeststoff im aufsteigenden
Strom des Gases nach Art eines Fließbettes verwirbelt und im verwirbelten Zustand
mit der Werkstückoberfläche in Kontakt gebracht wird.
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Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich bei extrem
großer Wärmeabführung eine nahezu geräuschfreie
Werkstückabkühlung
erzielen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens erläutert.
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Die Einrichtung nach dem Ausführungsbeispiel dient zur Oberflächenhärtung
an Kurbelwellen, Nockenwellen, Drehachsen oder dergleichen, durch induktives Erhitzen
der metallischen Werkstücke und nachfolgendes Abschrecken dieser Werkstücke im Bad
eines Kühlmittels.
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In der Fig. bezeichnen 1 einen doppelwandigen Behälter, 2 eine den
Behälterinnenraum in horizontaler Lage völlig durchsetzende und diesen Raum in zwei
getrennte Teilräume zerlegende gasdurchlässige poröse Einlage, 3 den unterhalb der
Einlage 2 angeordneten Teilraum des Behälters 1, 4 den oberhalb der Einlage 2 angeordneten
Teilraum, 5 und 6 in den Teilraum 3 einmündende Rohrleitungen, iiber die dem Teilraum
3 mittels Pumpen 7 und 8 ein gasförmiges Kühlmittel, insbesondere Luft, zuführbar
ist, und 9 eine auf die Einlage 2 aufgebrachte Menge feinkörnigen Kupferpulvers,
die bis zur Standhöhe lo aufgeschüttet ist Der obere Rand des beckenförmigen Behälters
1 dient zur Lagerung einer Werkstückaufnahme 11, 12 und eines entlang der hinteren
Wandung des Behälters 1 in Richtung der Behälterlängsachse auf Schienen 13 und Rollen
14 verfahrbaren Härtewagen 15.
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Die Werkstückaufnahme 11., -12 besteht aus zwei mittels einer gemeinsamen
Drehachse 16 verbundenen Lagerplatten 17 und 18, deren einander zugewandte Oberflächen
winkelig um die Drehachse 16 herumversetzt jeweils mehrere Vorrichtungen, z.B. 19
und 20, aufnehmen, die auf beiden Platten paarweise einander zugeordnet zur Lagerung
einer Kurbelwelle, z.B. 21, dienen. Die Aufnahmevorrichtungen der Platten 17
und
18 erlauben das Einspannen mehrerer winkelig um die Drehachse 16 versetzt gegeneinander
angeordneter Kurbelwellen.
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Mittels eines Motors 22 und eines mit ihm gekuppelten Getriebes 23,
das seinerseits auf die drehbar gelagerten Werkstückaufnahmen, z.B. 20, der Platte
17 einwirkt und diese in Drehungen versetzt, können die in den Werkstückaufnahmen
eingespannten Kurbelwellen um ihre Längsachse in Rotation versetzt werden.
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Mittels eines mit der Platte 18 verbundenen Getriebemotors 24 läßt
sich die Gesamtanordnung bestehend aus der Drehachse 16, den, Platten 17 und 28
und den zwischen diesen Platten eingespannten Kurbelwellen jeweils um bestimmte
Winkelbeträge absatzweise verdrehen, so daß jedes der eingespannten Werkstücke in
die in der Zeichnung dargestellte Position der Kurbelwelle 21 gedreht werden kann.
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Der Härtewagen 15, der entlang der Richtung des Doppelpfeils 15A verfahrbar
ist, trägt auf seiner Vorderfront in Richtung des Doppelpfeils 30 höhenverstellbar
einen mit einer Mittelfrequenzstromquelle 31 über einen Transformator verbundenen
Induktor 32, der durch Verfahren des Härtewagens 15 entlang der Beckenwandung des
Behälters 1 in die zu den Lagerflächen 33 bzw. 34 der Kurbelwelle 21 gehörige axiale
Position gebracht werden kann. Durch Absenken des Induktors 32 in Richtung des Doppelpfeils
30 nach unten ist die Induktoroberfläche auf die Oberfläche der Lagerflächen, z.B.
33, absenkbar und durch Einschalten des Induktorstromes die jeweilige Lagerflächelinduktiv
erhitzbar.
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Vor oder während des Erhitzens der zu härtenden Lagerflächen 33 bzw.
34 der Kurbelwelle 21 wird durch Einschalten der Pumpe 7 und 8 Druckluft in den
Teilraum 3 gepreßt,
die durch die poröse Einlage 2 hindurch in den
Teilraum 4 eintritt und dabei das auf der Einlage 2 angeordnete Kupferpulver bis
zur eingezeichneten Behälterhöhe 4o in Form eines Fes-tstoff-Luft-Gemisches anhebt.
Die Kupferpulverkörner werden dabei verwirbelt und nach Art eines Fließbettes in
der Schwebe gehalten.
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Nach der Erhitzung z.B. der Lagerfläche 33 wird durch Betätigen des
Motors 24 die Kurbelwelle 21 in das Innere des Behälters 1 getaucht und gelangt
dort in eine Lage, in der das Luft-Feststoff-Gemisch bestehend aus Luft und dem
Kupferpulver die Oberfläche des Lagers 33 umspült. Die Werkstückwärme wird dabei
schnell aus dem Werkstück abtransportiert.
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Den Wärme transport übernehmen dabei zum größeren Teil die mit der
Oberfläche in Kontakt gelangenden Kupferkörner. Ein anderer Teil der Wärme wird
über den Gasstrom des Fließbettes abgeführt.
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Zur Rückkühlung des Kupferpulvers 9 sind die Außenwandungen des Behälters
- wie dargestellt - doppelwandig und als Wärmeaustauscher ausgebildet. Durch den
Innenraum 41 der doppelwandigen Wände des Behälters 1 wird Kühlwasser geführt, das
über nicht dargestellte Zu- bzw. Ableitungen sowohl die Behälterseitenwandungen
als auch den Behälterboden durchfließt.
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Einrichtungen zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung sind
mannigfaltiger Abänderungen fähig. So ist es z.B.
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möglich, die Kühlung des Kontaktstoffes durch im Fließbett des Kontaktstoffes
selbst angeordnete Wärmeaustauscher, die z.B. in Rohrform ausgebildet sind, vorzunehmen.
Auch kann der Transportmechanismus, der das Werkstück in das Fließbett überführt,
abweichend ausgebildet sein. Dabei ist es möglich, das Werkstück zwischen dem Spiegel
1o des pulverförmigen Kontaktwerkstoffes und dem Spiegel 4o des durchwirbelten Fließbetts
ortsfest anzuordnen und das Werkstück mit dem Kontaktwerkstoff durch Aktivierung
des Fließbetts
in Kontakt zu bringen. In solchen Anordnungen wird
also das Werkstück zunächst in passender Lage oberhalb des nichtaktivierten Fließbetts
gelagert und das Fließbett danach durch Gaszuführung aktiviert.
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5 Ansprüche 1 Zeichnung