[0001] Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Richten und Härten eines wellenförmigen,
insbesondere langgestreckten Werkstückes auf ein vorgegebenes Richtmaß, mit einer
Aufnahmevorrichtung für das Werkzeug, mehreren drehbaren, das Werkstück beim Richten
an vorgegebenen Richstellen unterfassenden Unterrollen sowie mit mehreren drehbaren
an den Richstellen angeordneten Oberrollen, von denen jede mit einem Zustellantrieb
gekoppelt ist, sowie mit einem Drehantrieb für das Werkstück und einer Werkstück-Abschreckeinrichtung.
[0002] Bei der Wellenricht- und -härtemaschine, Modell HR, der Anmelderin sind die Unterrollen,
die Oberrollen sowie die Aufnahmevorrichtung auf einer Trommel befestigt, welche teilweise
in ein Ölbad der Abschreckeinrichtung eintaucht. Wird die Trommel gedreht, durchlaufen
das eingespannte Werkstück sowie die drehenden Unter- und Oberrollen das Ölbad zur
Abschreckung und damit Härtung des ausgerichteten Werkstückes.
[0003] Beim Abschrecken mit Ölen tritt oft das Leidenfrostphänomen auf, das zu Ungleichmäßigkeiten
im Abschreckergebnis führen kann. Ferner müssen die gehärteten Werkstücke entölt und
das kontaminierte Öl entsorgt werden. Diese Probleme treten nicht auf, wenn zum Abschrecken
der Werkstücke Gase wie etwa Stickstoff statt Öl verwendet werden, wobei das Werkstück
entweder durch Konvektion oder durch von Düsen abgegebene Druckgase abgeschreckt wird
("Optimierung der Einzelteilabschreckung im Düsenfeld" von B.Gondesen et al in Härtereitechnische
Mitteilungen (HTM), 53. Jahrgang 1998, Seite 87 et seq). Ein besonderes Problem ist
hierbei, die Einhaltung der Richtmaße am Werkstück während des Abschreckens zu gewährleisten.
[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei der vorstehend genannten Maschine
das Härten der Werkstücke zu vereinfachen. Bei der eingangs angegebenen Maschine ist
dazu erfindungsgemäß eine Kammer vorgesehen, welche die Aufnahmevorrichtung sowie
die Umlenkrollen und Oberrollen umgibt und dem Werkstück Kaltgas zuführende Kaltgasdüsen
sowie einen Abgasauslaß aufweist, welcher über eine Gasaufbereitungseinrichtung mit
den Kaltgasdüsen verbunden ist. Damit entfallen alle Probleme, die mit Öl als Abschreckmedium
zusammenhängen. Die Maschine wird konstruktiv einfacher, weil das Ölbad und die Trommel
mit ihrem Antrieb entbehrlich sind. Ferner wird es möglich, das Abschrecken des Werkstückes
im wesentlichen zeitgleich, allenfalls mit geringem, gegebenenfalls auch steuerbaren
zeitlichen Versatz zu dem Richten durchzuführen. Der Versatz richtet sich zweckmäßig
nach dem Zeitpunkt, an welchem die Zustellung der Oberrollen zum Werkstück abgeschlossen
ist. Er ist damit nicht mehr abhängig von sonstigen konstruktiven Gegebenheiten der
Maschine, etwa dem Trommelantrieb bisheriger Tauchbadmaschinen.
[0005] In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind längs des eingespannten Werkstückes
mehrere Reihen von Kaltgasdüsen angeordnet. Damit wird die Geschwindigkeit des Wärmeabtransports
erhöht. Wenn beispielsweise die Reihen um den Umfang des Werkstückes gleich verteilt
angeordnet sind, wird die Verzugsfreiheit des abgeschreckten Werkstückes verbessert.
Ein konstruktiv kompakter Aufbau der Maschine und ein schnelles Abschrecken werden
erreicht, wenn in bevorzugter Ausgestaltung an jeder Richtstelle zwischen der Oberrolle
und je einer der zugeordneten Unterrollen sowie zwischen den beiden Unterrollen wenigstens
je eine Kaltgasdüse sowie weitere Kaltgasdüsen längs des Werkstückes angeordnet sind.
[0006] Im übrigen sind bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert,
wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Strinansicht teilweise im Vertikalschnitt einer mit den
Merkmalen der Erfindung ausgerüsteten Maschine,
Figur 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung in schematischer Stirnansicht, und
Figur 3 eine schematische Seitenansicht der Maschine nach Figur 2, wobei das vordere
Kühlrohr und die vorderen Unterrollen weggelassen sind.
[0007] Die Maschine 1 zum Richten und Härten gemäß Figur 1 weist ein Bett 2 sowie einen
oberen abheb- oder abschwenkbaren Querholm 3 auf. In Figur 1 sind ferner Richtstellen
4, 5, 6, 7, 8, oder 9 (Figur 3) zu erkennen, an welchen das zwischen einer Oberwalze
10 und zwei Unterwalzen 20, 30 gehaltene Werkstück 50 gerichtet werden soll. Die Oberwalze
10 ist an ihren beiden strinseitigen Enden in je einem aus dem Querholm 3 herabreichenden
Armen 12, 14 drehbar gelagert, wobei jeder der beiden Arme 12, 14 mit einem im Querholm
3 untergebrachten nicht dargestellten Zustellantrieb gekoppelt ist, welcher unter
Steuerung der ebenfalls nicht dargestellten Maschinensteuerung ein Anheben oder Absenken
der Arme 12, 14 gemäß Doppelpfeil 16 bewirken kann.
[0008] Die hintere Unterwalze 20 ist stirnseitig in je einem bettfesten Ständer 22, 24 drehbar
gelagert, wobei entweder in jedem der Ständer 22, 24 oder im Bett 2 ein nicht dargestellter
Drehantrieb für die Unterwalze 20 vorhanden ist. Der Drehantrieb kann mit der Unterwalze
20 über einen beidseitigen Kettentrieb gekoppelt sein.
[0009] Die vordere Unterwalze 30 gleicht konstruktiv der hinteren Unterwalze 20. Sie befindet
sich auf gleicher Höhe über dem Bett 2 wie die hintere Unterwalze 20 jedoch bei Betrachtung
der Figur 3 vor dem Werkstück 50, während die hintere Unterwalze 20 hinter dem Werkstück
50 angeordnet ist. Die Achse 15 der Oberwalze 10, die Achse 25 der hinteren Unterwalze
20 und die Achse 35 der vorderen Unterwalze 30 erstrecken sich parallel zur Achse
des Werkstückes 50, das hier eine beispielsweise Nockenwelle werden soll. Die Achsen
25 und 35 liegen in der Horizontalen und die Achse 15 liegt auf der Mittelsenkrechten
auf die gedachte Verbindungslinie zwischen den Achsen 25 und 35.
[0010] An der Oberwalze 10 sind an den durch die Form des Werkstückes vorbestimmten Richtstellen
radial erweiterte "Oberrollen" 16, 17, 18, 19 ausgebildet, die nach Zustellung der
Oberwalze 10 zum Werkstück 50 letzteres an den Richtstellen zwecks Richten kontaktieren.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, wenn die Oberrollen 16, 17, 18, 19 wie bei der eingangs
erwähnten Wellenricht- und - härtemaschine Modell HR separat an jeweils einem eigenen
Arm am Querholm 3 befestigt und mit einem eigenen Zustellantrieb versehen sind.
[0011] Entsprechend weist die hintere sowie die vordere Unterwalze 20 bzw. 30 an den Richtstellen
radial erweiterte "Unterrollen" 26, 27, 28, 29 auf, auf welchen das Werkstück 50 an
den Richstellen ruht bzw. an denen es drehangetrieben ist. Bei den Unterrollen kann
es sich auch um separate Unterrollen wie bei dem Maschinenmodell HR handeln, von denen
jede einen eigenen Zustellantrieb aufweist.
[0012] Der Drehantrieb des Werkstückes 50 erfolgt durch Mitnahme des auf den drehangetriebenen
Unterwalzen 20 und 30 abgelegten Werkstückes. Bei dem Maschinenmodell HR ist das Werkstück
zwischen zwei stirnseitigen Körnerspitzen aufgenommen und gehalten, welche drehangetrieben
sind. Die Erfindung ist sowohl mit dem einen wie mit dem anderen Drehantrieb für das
Werkstück 50 realisierbar.
[0013] Die Maschine 1 ist bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform allseits von
einer Kammer 60 umgeben, deren Decke 62 mit einem Kaltgaseinlaß in Form eines Kaltgasdüsenfeldes
64 versehen ist. An den nicht dargestellten Stirnwänden der Kammer 60 ist je ein Abgasauslaß
angeordnet, durch welchen Abgas aus der Kammer 60 über eine nicht gezeigte Gasaufbereitungseinrichtung
wieder den Kaltgasdüsen des Feldes 64 zugeführt wird. Im Inneren der Kammer 60 befindet
sich eine Gasführungsvorrichtung 66, welche die Maschine 1 seitlich umgibt und oben
sowie unten offen ist. Wenn Kaltgas entsprechenden Druckes durch die Düsen des Feldes
64 in die Kammer 60 eingeblasen wird, sorgt die Gasführungsvorrichtung 66 für eine
kräftige Verwirbelung des die Maschine und insbesondere das heiße Werkstück 50 umströmenden
Gases, wie das die Strömungspfeile 61, 63, 65, 67 andeuten. Damit ist ein konstanter
Wärmeentzug aus dem Werkstück gewährleistet, und zwar bereits dann, wenn das Werkstück
gerade in die Maschine 1 eingebracht ist und sich noch im Richtprozeß befindet.
[0014] Eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigen Figuren 2 und 3. Hier haben die
Oberwalze 10 sowie die Unterwalzen 20 und 30 jeweils einen solchen größten Durchmesser,
daß zwischen der Oberwalze 10 und der hinteren Unterwalze 20 einerseits sowie zwischen
der Oberwalze 10 und der vorderen Unterwalze 30 andererseits und schließlich zwischen
den beiden Unterwalzen 20, 30 je ein Zwischenraum besteht, sodaß durch die Zwischenräume
von drei in Umfangsrichtung gleich beabstandeten Richtungen aus je ein Kaltgasstrom
auf das Werkstück 50 gelenkt werden kann.
[0015] Dazu ist ein unteres Kühlrohr 42 zwischen der vorderen und der hinteren Unterwalze
30, 20 parallel zum Werkstück 50 auf stirnseitige Lager 41 aufgesetzt und mit einer
sich im wesentlichen parallel zum Werkstück 50 erstreckenden Reihe 43 von Kaltgasdüsen
bestückt, von denen jede auf das Werkstück gerichtet ist. Entsprechend ist an vom
Querholm 3 herabreichenden Trägern 45 ein hinteres Kühlrohr 44 befestigt und mit einer
zum Werkstück 50 parallelen Reihe 47 von Kaltgasdüsen bestückt, die auf das Werkstück
gerichtet sind. Und schließlich ist an vom Querhom 3 herabreichenden Trägern 49 ein
vorderes Kühlrohr 46 befestigt und mit einer vorderen Reihe 48 von auf das Werkstück
50 gerichteten Kaltgasdüsen bestückt. Im Querholm 3 wie auch im Bett 2 befindet sich
je eine nicht dargestellte Kaltgasversorgungsleitung, die an eine nicht gezeigte Kaltgasquelle
angeschlossen ist. Mit dieser Einricvhtung ist es möglich, das Werkstück von drei
in Umfangsrichtung um je 120° versetzten Richtungen mit Kaltgas anzuströmen, sodaß
ein gleichmäßiger und rascher Wärmeentzug aus dem Werkstück erreicht wird.
[0016] Zum Beladen der Maschine 1 mit einem wellenförmigen Werkstück 50 wird der Querholm
3 mit Oberwalze 10 und Kühlrohren 44, 46 nach oben von den Unterwalzen 20, 30 abgeschwenkt
und das Werkstück 50 auf die Unterwalzen 20, 30 so abgelegt, daß die zu richtenden
Partien des Werkstückes genau an den Richtstellen 4, ..., 9 liegen. Sodann wird der
Querholm 3 in die Horizontale abgesenkt, bei der zwar die Kühlrohre 44, 46 bereits
ihre Arbeitsposition eingenommen haben, die Oberwalze 10 jedoch noch nicht zugestellt
ist. Jetzt wird der Zustellantrieb für die Oberwalze aktiviert, sodaß die Oberwalze
10 ihren Zustellhub ausführt. Ein mit der Vertikalbewegung der Oberwalze gekoppelter,
nicht dargestellter Schaltarm löst bei Erreichen einer vorgegebenen Position einen
an die Maschinensteuerung weitergeleiteten elektrischen Impuls aus, die daraufhin
den Ausstrom von Kaltgas durch die Düsenreihen 43, 47, 48 freigibt. Da diese Position
nach Wahl eingestellt werden kann, ist der Beginn der Werkstückabschreckung in Abhängigkeit
von der Oberwalzen-Zustellung steuerbar.
[0017] Wie dargestellt erstrecken sich die Kühlrohre 42, 44, 46 über die volle Länge des
Werkstückes 50, sodaß nicht nur die Richstellen sondern auch die zwischen ihnen liegenden
Werkstückpartien gekühlt werden. Gleiche Maßnahmen lassen sich bei dem Maschinenmodell
HR treffen, wobei dann bei Bedarf noch die Möglichkeit besteht, an den Werkstückabschnitten
zwischen den einzelnen Richtstellen weitere kurze Kühlrohre in Umfangsrichtung zwischen
den Kühlrohren 42, 44, 46 anzubringen, um dadurch dien Wärmeentzug zu beschleunigen.
1. Maschine zum Richten und Härten von wellenförmigen, insbesondere langgestreckten Werkstücken
auf ein vorgegebenes Richtmaß, mit einer Aufnahmevorrichtung für das Werkstück (50),
mehreren drehbaren, das Werkstück beim Richten an vorgegebenen Richtstellen (4, 5,
6, 7, 8, 9) unterfassenden Unterrollen sowie mit mehreren drehbaren an den Richtstellen
angeordneten Oberrollen, von denen jede mit einem Zustellantrieb gekoppelt ist, sowie
mit einem Drehantrieb für das Werkstück und einer Werkstück-Abschreckeinrichtung,
gekennzeichnet durch eine die Aufnahmevorrichtung sowie die Unterrollen und die Oberrollen
umgebende Kammer (60) mit dem Werkstück Kaltgas zuführenden Kaltgasdüsen und einem
Abgasauslaß, welcher über eine Gasaufbereitungseinrichtung mit den Kaltgasdüsen verbunden
ist.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß längs des eingespannten Werkstückes
(50) mehrere Reihen (43, 47, 48) von Kaltgasdüsen angeordnet sind.
3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen um den Umfang des
Werkstückes gleich verteilt angeordnet sind.
4. Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Reihen parallel
zur Werkstückachse erstrecken.
5. Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Richtstelle
zwischen der Oberrolle und den beiden zugeordneten Unterrollen wenigstens eine Kaltgasdüse
sowie zwischen den Richtstellen weitere Kaltgasdüsen angeordnet sind.
6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Richtstelle zwischen
der Oberrolle und je einer der zugeordneten Unterrollen sowie zwischen den beiden
Unterrollen wenigstens je eine Kaltgasdüse angeordnet ist.
7. Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen
an Kühlrohren (42, 44, 46) ausgebildet sind.
8. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberrollen
Teil einer Oberwalze (10) und die Unterrollen Teil einer vorderen bezw. einer hinteren
Unterwalze (20, 30) sind.
9. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn
der Abschreckung in Abhängigkeit vom Zustellhub der Oberrollen bezw. der Oberwalze
(10) steuerbar ist.