Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Wärmebehandeln von Werkstücken, und insbesondere ein Verfahren und eine Anlage zum kontinuierlichen Einsatzhärten von Werkstücken.

Beispielsweise bei der Wärmebehandlung von Windkraftzahnrädern, Sonnenrädern und Planetenrädern aus höher legierten Stählen und Abmessungen von z.B. 300 mm Durchmesser ist Stand der Technik die satzweise durchgeführte Wärmebehandlung dieser Windkraftzahnräder. Die Zahnräder werden in Schacht- oder Kammeröfen auf Austenitisierungstemperatur gebracht und eine entsprechende Zeit auf Austenitisierungstemperatur gehalten und dabei einem Aufkohlungsprozess unterzogen. Dabei wird der Randkohlenstoffgehalt bis auf ca. 0,8 % gebracht. Anschließend wird, vorwiegend manuell mit Austragvorrichtungen, das Werkstück aus dem Ofen entnommen und unter Atmosphärenbedingungen, also an der Luft, in ein offenes Abschreckbad eingebracht. Als Abschreckmittel werden beispielsweise Öle oder Polymerlösungen eingesetzt. Bei dem Abschreckvorgang liegen die Temperaturen des Abschreckmittels zwischen 60 ⁰ C und 150 ⁰ C. Nach einer festgelegten Abschreckzeit werden die Teile manuell mit beispielsweise einem Kran entnommen und einem Waschbad zugeführt. Die Temperaturen bei dem Waschvorgang liegen zwischen ca. 60 ⁰ C und 80 ⁰ C. Nach diesem Prozess werden die Teile, wiederum zumeist manuell, einem Anlassprozess zugeführt. Bei dieser manuellen Verfahrensweise entstehen immer wieder unterschiedliche Transport- und Lagerzeiten zwischen den einzelnen Behandlungsschritten, die vor dem Anlassprozess ein unterschiedliches Ausgangsgefüge in den Werkstücken mit unterschiedlichen Gehalten an Restaustenit verursachen. Bei einer zu langen Lagerung wird dabei der Restaustenit stabilisiert und verbleibt vor dem Anlassofen auf diesem hohen Niveau.

Es ist Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und eine Anlage bereitzustellen, mit welchem bzw. welcher Werkstücke einheitlicher Qualität hergestellt werden können, bei welchen der Restaustenitgehalt vor dem Anlassprozess auf einen vorgegebenen Gehalt eingestellt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Bei dem erfindungsgemäßen Ver- fahren wird ein Werkstück zunächst in einem Voroxidationsofen bei einer Temperatur zwischen 400 ⁰ C und 500 ⁰ C aktiviert. Zeitgleich mit der Aktivierung des Werkstückes werden ggf. auf der Werkstückoberfläche vorhandene Schneidöl- und Waschmittelrückstände abgebrannt. Nach dem Verlassen des Voroxidationsofens wird das Werkstück mit einem erstem Belade/Entlademanipulator über eine verschließbare Belade/Entladeöffnung in einen Drehherdofen eingebracht und auf eine vorgegebene Aufkohlungstemperatur erwärmt. Anschließend wird das Werkstück bis zum Erreichen einer vorgegebenen Aufkohlungstiefe (CD) aufgekohlt und bei einer vorgegebenen Härtetemperatur gehärtet. Die Wahl des Aufkoh- lungsmittels, die Aufkohlungstiefe sowie die Härtetemperatur werden jeweils an das zu bearbeitende Werkstück angepasst. Nach dem Härten wird das Werkstück mit dem ersten Be- lade/Entlademanipulator über die Belade/Entladeöffnung aus dem Drehherdofen entnommen und auf einer Hebeeinrichtung einer Abschreckeinrichtung abgesetzt, wobei die Hebeeinrichtung der Belade/Entladeöffnung des Drehherdofens zugeordnet ist. Das Werkstück wird dann mit der Hebeeinrichtung in ein Abschreck- medium abgesenkt und auf eine Kerntemperatur zwischen 60 ⁰ C und 150 ⁰ C zum Erreichen einer vorgegebenen Einhärtungstiefe (CHD) und zum Erreichen einer vorgegebenen Härte abgeschreckt, wobei bei beispielsweise Zahnrändern als Werkstücke in einer Tiefe von 5 mal CHD eine vorgegebene Härte im Zahngrund durch das Abschrecken erreicht werden soll. Die oben genannte Kerntemperatur zwischen 60 ⁰ C und 150 ⁰ C bedingt, dass keine zu großen Spannungen und damit Verzüge während des für das Abschrecken typischen Kristallgitterumklappens von Austenit nach Martensit entstehen. Die oben genannte Kerntemperatur hat jedoch zum Nachteil, dass bei einem Kohlenstoffanteil von 0,6% und mehr damit zu rechnen ist, dass in dem Randbereich der Werkstücke ein nicht unerheblicher Teil Restaustenit vorliegt, da auf- grund der relativ hohen Kerntemperatur nicht das gesamte Austenit in Martensit umgewandelt wird. Sobald die vorgegebene Einhärtungstiefe erreicht ist, wird das Werkstück aus dem Abschreckmedium gehoben und mit einem Belade/Entlademanipulator einer Nachbehandlung zugeführt, wobei das Nachbehandeln des Werkstücks zur Vorbereitung auf ein Anlassen des Werkstücks ein Waschen, Kühlen und Trocknen umfasst. Erst das Nachbehandeln gewährleistet, dass die Werkstücke vor dem Anlassen eine gleichmäßige Qualität mit einem möglichst geringen Restauste- nitgehalt aufweisen, da bei einer Kerntemperatur von 25°C - 35°C deutlich mehr Austenit in Martensit umgewandelt wird.

Gleichzeitig wird mit diesem Härtevorgang eine gleichmäßigere und höhere Ansprunghärte bei den Werkstücken erreicht.

Nach dem Nachbehandeln weist das Werkstück eine Kerntemperatur zwischen 25°C und 35°C auf, wobei eine Kerntemperatur in diesem Bereich gewährleistet, dass ein Wärmefluss von dem Kern des Werkstücks zum Randgefüge vermieden oder zumindest stark eingeschränkt wird und so die Gefügeeinstellung für das Randgefüge nicht negativ beeinflusst wird (bei der Verwendung von Zahnrädern als Werkstücke wird beispielsweise eine negative Beeinflussung der Gefügeeinstellung des Randgefüges vor allem im Zahngrund und in einer Tiefe am Zahngrund von 5 mal CHD vermieden) . Ferner bedingt eine Kerntemperatur zwischen 25°C und 35°C, dass der Restaustenitgehalt sehr gering gehalten werden kann, was die Gesamtqualität der Werkstücke erhöht.

Das Werkstück kann der Nachbehandlung mit dem ersten Belade/Entlademanipulator zugeführt werden, es ist jedoch bevor- zugt, dass das Zuführen zum Nachbehandeln mit einem zweiten Belade/Entlademanipulator durchgeführt wird, da so vermieden werden kann, dass der erste Manipulator mit Abschreckmedium verunreinigt wird. Die einzelnen Schritte des Nachbehandelns werden vorzugweise in getrennten Zonen einer Nachbehandlungs- einrichtung durchgeführt. Die Werkstücke werden vorzugsweise mit dem zweiten Belade/Entlademanipulator zwischen den einzelnen Zonen bewegt, wobei es jedoch auch möglich ist, dass für das Bewegen der Werkstücke zwischen den einzelnen Zonen der Nachbehandlungseinrichtung ein dritter Belade/Entlademani- pulator zur Anwendung kommt.

Im Anschluss an das Nachbehandeln des Werkstücks wird dieses bei einer Temperatur zwischen 160 ⁰ C und 180 ⁰ C angelassen, um das Umklappen des Kristallgitters von Austenit nach Marten- sit noch weiter zu vervollständigen. Im Rahmen dieser Anmeldung umfasst der Begriff „Werkstück" sowohl ein großes Werkstück, welches „als solches" die einzelnen Verfahrensschritte durchläuft, als auch eine Mehrzahl von Werkstücken, die auf einem Rost angeordnet die Verfahrensschritte durchlaufen. Bei dem oben beschriebenen kontinuierlichen Verfahren zum Einsatzhärten von Werkstücken werden Transportzeiten minimiert und konstant gehalten und Lagerzeiten zwischen den einzelnen Behandlungsschritten vermieden, und es ist gewährleistet, dass vor dem Anlassen des Werkstückes dieses einen durch das Ver- fahren bestimmten Austenitgehalt aufweist, da das Werkstück, unabhängig von seiner Größe und Zusammensetzung, vor dem Anlassen stets auf eine Kerntemperatur zwischen 25°C und 35°C abgekühlt wird, wobei u.a. eine solche Kerntemperatur diesen definierten Austenitgehalt bedingt. Ein derart abgekühltes Werkstück neigt, zumindest bei der Verwendung von Wasser als Kühlmittel, zur Oxidation. Um dies zu vermeiden, wird das Werkstück erfindungsgemäß nach dem Kühlen getrocknet. Die Verwendung von zumindest einem vollautomatischen Belade/Entlademanipulatoren ermöglicht eine kontinuierliche Verfahrensführung, da sämtliche Belade- und Entladevorgänge, beispielsweise von dem Voroxidationsofen in den Drehherdofen und von diesem auf die erste Hebeeinrichtung der Abschreckeinrich- tung, nicht manuell ausgeführt werden müssen und so schwankende Lager- und Transportzeiten vermieden werden.

Die Taktrate bzw. Geschwindigkeit von automatisierten kontinuierlichen Verfahren wird stets durch den langsamsten Verfahrensschritt bestimmt. Insbesondere bei besonders schweren Werkstücken ist das Abschrecken ein relativ zeitaufwendiger

Vorgang, da die Werkstücke unbedingt auf eine bestimmte Temperatur abgeschreckt werden müssen, um eine ausreichende Umwandlung des Randaustenits zu erreichen. Da die Abschreckeinrichtung dem Drehherdofen zugeordnet ist, d.h. der Drehherdofen über die Abschreckeinrichtung in radialer Richtung Be- und

Entladen wird, ist der Drehherdofen blockiert, wenn ein Werkstück abgeschreckt wird, wodurch bei zeitaufwendig abzuschrek- kenden Werkstücken das Abschrecken das Verfahren ausbremst und so die Effizienz des Verfahrens beeinträchtigt. Um dies zu verhindern, erfolgt bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens das Abschrecken des Werkstücks derart, dass das Werkstück zunächst in einer dem Drehherdofen zugeordneten ersten Kammer der Abschreckeinrichtung mit einem ersten Abschreckmedium für eine vorgegebene Zeitdauer abgeschreckt wird, das Werkstück nach dem ersten Abschrecken mit einem Belade/Entlademanipulator auf einer zweiten Hebeeinrichtung in einer zweiten Kammer der Abschreckeinrichtung abgesetzt wird, in ein zweites Abschreckme- dium gesenkt wird und mit dem zweiten Abschreckmedium abgeschreckt wird, wobei die Kerntemperatur des Werkstücks nach dem Gesamtabschreckvorgang zwischen 60 ⁰ C und 150 ⁰ C beträgt.

Mit der Unterteilung des Abschreckens in zwei Teilschritte wird erreicht, dass das Verfahren auch bei langwierig abzuschreckenden Werkstücken schneller betrieben werden kann, da die erste Kammer der Abschreckeinrichtung, welche beim Abschrecken ein Beladen und Entladen des Drehherdofens blok- kiert, für eine geringere Zeitdauer belegt ist. Sobald das ab- zuschreckende Werkstück aus der ersten Kammer entfernt ist, kann der Drehherdofen neu Entladen und/oder Beladen werden.

Um das Werkstück von der ersten in die zweite Kammer der Abschreckeinrichtung zu bewegen wird ein Belade/Entlademanipulator verwendet, wobei entweder der erste Belade/Ent- lademanipulator, welcher auch zum Beladen des Drehherdofens dient, oder aber ein zweiter Belade/Entlademanipulator verwendet werden kann. Vorzugsweise wird der zweite Belade/Entlademanipulator verwendet, da so vermieden werden kann, dass der erste Manipulator mit Abschreckmedium verunreinigt wird.

Bei dem ersten und dem zweiten Abschreckvorgang können entweder die gleichen oder verschiedene Abschreckmedien verwendet werden, wodurch die Flexibilität des Verfahrens im Hinblick auf das Abschrecken selber erheblich erhöht wird. Um die Effizienz des Abschreckens zu erhöhen ist es bevorzugt, das bzw. die Abschreckmedien während des Abschreckens mit einer entsprechenden Pumpe umzuwälzen.

Um die Effizienz und Gleichmäßigkeit des Abschreckens weiter zu steigern ist es bei einem bevorzugten Ausführungsbei- spiels vorgesehen, dass das Werkstück von der ersten Hebeeinrichtung im ersten Abschreckmedium auf einer Dreheinrichtung mit Drehteller abgesetzt wird, wobei der Drehteller das Werkstück mit einer einstellbaren Drehzahl im Abschreckmedium ge- dreht wird. Um das Werkstück auf dem Drehteller der Dreheinrichtung absetzen zu können wird die erste Hebeeinrichtung über den äußeren Umfang des Drehtellers der Dreheinrichtung nach unten abgesenkt. Es ist ferner bevorzugt, besonders bei speziellen Werkstücken wie beispielsweise Zahnrädern, dass spezielle Außenbereiche, wie beispielsweise die Zahnkranzflächen, mit einem Düsensystem angeströmt werden.

Wie bereits oben ausgeführt, ist es von wesentlicher Bedeutung für das Verfahren, dass die Kerntemperatur der Werkstücke nach dem Nachbehandeln 25°C bis 35°C beträgt. Ferner ist darauf zu achten, dass nicht ein Verfahrensschritt aufgrund seiner Dauer das gesamte Verfahren verlangsamt. Bei besonderes großen Werkstücken kann es jedoch vorkommen, dass die Zeitspanne, die für das Kühlen, vorgegeben durch die übri- gen Verfahrensschritte, zur Verfügung steht, nicht ausreichend ist, um die oben genannte Kerntemperatur der Werkstücke zu erreichen .

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt daher das Nachbehandeln einen weiteren Kühlschritt, bei welchem das Werkstück weiter abgekühlt wird, so dass am Ende des Nachbe- handelns sichergestellt ist, dass bei den Werkstücken die oben genannte Kerntemperatur erreicht ist. Dieser zweite Kühlschritt kann entweder nach dem Trocknen oder aber direkt nach dem ersten Kühlen ausgeführt werden. Der zweite Kühlschritt wird insbesondere dann nach dem Trocknen ausgeführt, wenn mit einem anderen Kühlmittel als im ersten Schritt gekühlt werden soll und eine Verunreinigung des zweiten Kühlmittels durch das erste vermieden werden soll. Für den Fall, dass der zweite Kühlschritt nach dem Trocknen ausgeführt wird, und trotzdem werkstückbedingt mit einer wasserhaltigen Kühlflüssigkeit gekühlt werden muss, so ist darauf zu achten, dass das Werkstück rasch angelassen wird, um eine Oxidation an der Werkstückoberfläche zu vermeiden. Vorzugsweise werden die Schritte des Nachbehandelns für 20 Minuten pro Millimeter (20 min/mm) Ein- härtungstiefe durchgeführt.

Bei dem Nachbehandeln kann es vorkommen, dass sich, in Abhängigkeit von der für das Werkstück verwendeten Legierung und der Ausformung des Werkstücks, dieses beim Waschen und Kühlen geringfügig verzieht. Daher ist es bevorzugt, dass das Werkstück direkt nach dem Kühlen kalt ausgerichtet wird, um ggf. aufgetretene Verzüge des Werkstückes zu beseitigen.

Um eine weitere Aushärtung insbesondere der Randbereiche des Werkstücks zu erzielen, ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass das Werkstück nach dem Anlassen zumindest in Teilbereichen einer Kugelstrahlverfestigung unterzogen wird.

Die oben genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine erfindungsgemäße Anlage zum kontinuierlichen Einsatzhärten von Werkstücken, wobei die Anlage einen Voroxidationsofen und einen Drehherdofen mit zumindest einer Belade/Entladeöffnung und mit mehreren über vertikal bewegbare Türen getrennte Behandlungszonen aufweist. Der Belade/Entladeöffnung des Drehherd- ofens ist eine Abschreckeinrichtung mit zumindest einer Hebeeinrichtung zugeordnet, und der Abschreckeinrichtung ist eine Nachbehandlungseinrichtung mit einer Waschzone, einer Kühlzone und einer Trockenzone nachgeschaltet. Die Anlage umfaßt ferner einen Anlassofen sowie zumindest einen Belade-/Entnahme- manipulator, mit welchem die Werkstücke in den Drehherdofen eingeführt werden und nach der Wärmebehandlung aus diesem entnommen werden, und auf der Hebeeinrichtung der Abschreckeinrichtung abgesetzt werden. Der Belade-/Entnahmemanipulator dient ferner dazu, das Werkstück aus der Abschreckeinrichtung zu entnehmen und der Nachbehandlungseinrichtung zuzuführen.

Für den Fall, dass die Waschzone, die Kühlzone und die Trockenzone als separate Einrichtungen ausgebildet sind, kann der Belade-/Entnahmemanipulator ferner dazu verwendet werden, die Werkstücke zwischen den einzelnen Einrichtungen zu bewegen. Die Nachbehandlungseinrichtung kann jedoch auch so ausgebildet sein, dass die Werkstücke auf Transportrollen oder mit Förderketten von einer Zone zur nächsten transportiert werden. Um den Ausfall des Belade-/Entnahmemanipulators zu kompensieren, kann es ferner vorgesehen sein, dass die Anlage einen zweiten Belade-/Entnahmemanipulator aufweist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der erste Belade-/Entnahmemani- pulator lediglich zum Be- und Entladen des Drehherdofens dient und der zweite Belade-/Entnahmemanipulator das Werkstück aus der Abschreckeinrichtung entnimmt und der Nachbehandlungseinrichtung zuführt. Die Verwendung von zumindest zwei Belade- /Entnahmemanipulatoren hat ferner den Vorteil, dass der erste Belade-/Entnahmemanipulator nicht mit Abschreckmedium verunreinigt wird, und dass die Taktzeiten der Anlage verringert werden können, da die oben beschriebenen Belade-, Entlade- und Zuführungsoperationen auf zwei Manipulatoren aufgeteilt werden können. Ferner besteht der Vorteil, dass bei einem Ausfall eines Belade/Entlademanipulators mit dem zweiten Belade/Entlademanipulator noch die Drehherdofenanlage nach den vorgesehenen Verfahrensschritten entleert werden kann, so dass der finanzielle Schaden in Grenzen gehalten werden kann. Hierfür müsste unter Umständen ein Belade/Entlademanipulator innerhalb einer Taktzeit in eine Parkposition gebracht werden, die den Verfahrablauf nicht stört. Bei der Verwendung von

Belade-/Entnahmemanipulatoren weisen die beiden Manipulatoren ein gemeinsames Führungssystem auf, da nur so gewährleistet ist, dass der eine Manipulator als Ersatz des anderen eingesetzt werden kann. Um, wie bereits oben ausgeführt, zu verhindern, dass ggf. das Abschrecken das Gesamtverfahren ausbremst, weist eine bevorzugte Ausführungsform der Anlage eine Abschreckeinrichtung mit zwei Abschreckkammern auf, wobei jede dieser Abschreckkam- mern eine Hebeeinrichtung umfaßt. Um die Verfahrensführung möglichst flexibel zu halten, sind die beiden Hebeeinrichtungen getrennt voneinander vertikal bewegbar. Um einen raschen und möglichst einfachen Transport des Werkstücks aus dem Dreh- herdofen in die Abschreckeinrichtung zu gewährleisten, ist die erste Abschreckkammer der Abschreckeinrichtung dem Drehherdofen zugeordnet, d.h. derart direkt vor der Belade-/Entlade- öffnung des Drehherdofens angeordnet, dass ein Belade-/Ent- nahmemanipulator zum Entladen des Drehherdofens und Absetzen des Werkstücks auf der ersten Hebeeinrichtung lediglich in radialer Richtung verfahren werden muss.

Wie bereits angedeutet, ist der Abschreckvorgang kritisch, da dieser ggf. für das Verfahren geschwindigkeitsbestimmend sein kann. Um das Abschrecken zu beschleunigen, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Anlage vorgesehen, dass die

Abschreckeinrichtung bzw. eine Kammer der Abschreckeinrichtung eine Dreheinrichtung mit einem Drehteller umfaßt, wobei der Drehteller der Dreheinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Hebeeinrichtung über den äußeren Umfang des Drehtellers nach unten abgesenkt werden kann, und auf diese Weise das Werkstück auf dem Drehteller abgelegt werden kann. Die Abschreckeinrichtung bzw. eine oder beide der Kammern der Abschreckeinrichtung kann bzw. können mit Düsensystemen ausgerüstet sein, um ein gezieltes Anströmen bestimmter Bereiche des Werkstücks zu ermöglichen.

Um zu verhindern, dass das Werkstück bei der Entnahme aus dem Drehherdofen und dem Absetzen auf der Hebeeinrichtung der Abschreckeinrichtung bzw. der ersten Kammer der Abschreckeinrichtung durch Atmosphäreneinflüsse beeinträchtigt wird, ist es bevorzugt, dass der Abschreckeinrichtung bzw. der ersten Kammer der Abschreckeinrichtung eine gasdichte Eingangs-/Aus- gangsschleuse mit einer Mehrzahl von gasdicht-verschließbaren Türen zugeordnet ist. Die Anzahl und die Anordnung der gasdicht-verschließbaren Türen ist abhängig davon, wie die Werkstücke in den Drehherdofen eingebracht werden, ggf. zwischen den einzelnen Kammern der Abschreckeinrichtung bewegt werden, und der Abschreckeinrichtung entnommen werden. Um auch bei großen Werkstücken sicherzustellen, dass die Kerntemperatur der Werkstücke vor dem Anlassen zwischen 25°C und 35°C beträgt, umfasst bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage die Nachbehandlungseinrichtung eine weitere Kühlzone, wobei diese Kühlzone der Trocken- zone vor- oder nachgeschaltet sein kann. In beiden Kühlzonen kann das gleiche Kühlmittel, oder aber unterschiedliche Kühlmittel verwendet werden, wobei bei der Verwendung von Wasser als Kühlmittel und der Anordnung der Kühlzone hinter der Trockenzone (bezogen auf den Verfahrensablauf) darauf zu ach- ten ist, dass das Werkstück rasch dem Anlassofen zugeführt wird.

Um eine Überarbeitung des Werkstücks vor dem Anlassen zu ermöglichen, ist es bevorzugt, dass die Anlage eine der Nachbehandlungseinrichtung nachgeschaltete Kaltrichteinrichtung zum Richten der Werkstücke umfasst. Ferner kann die Anlage eine dem zumindest einen Anlassofen nachgeschaltete Kugelstrahlverfestigungseinrichtung umfassen .

Im Nachfolgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ver- fahrens sowie ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anlage beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anlage und

Figur 2 eine detaillierte Draufsicht auf die Abschreckein- richtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anlage .

Figur 1 zeigt eine Draufsicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anlage. Die Anlage umfasst einen Voroxida- tionsofen (1), in welchem Werkstücke (100) zur Aktivierung auf eine Temperatur zwischen 400 ⁰ C und 500 ⁰ C erwärmt werden. Sollten die Werkstücke Schneidöl- oder Waschmittelrückstände aufweisen, werden diese im Voroxidationsofen abgebrannt. Die Be- heizung der Werkstücke im Voroxidationsofen erfolgt vorzugsweise durch senkrecht angeordnete (nicht darstellte) Gasbrenner. In der Ofendecke angeordnete Lüfter dienen zur Umwälzung der Atmosphäre im Voroxidationsofen . Der Transport durch den Ofen erfolgt entweder über angetriebene Transportrollen oder Förderketten. Am Eingang und Ausgang des Voroxidationsofens ist dieser mit verschließbaren Türen versehen. Am in Figur 1 links dargestellten Ende des Ofens ist schematisch ein Verfahrwagen mit Hubtisch dargestellt, auf welchen die Werkstücke nach Durchlaufen des Voroxidationsofens befördert werden. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verfahrwagen senkrecht zu dem Voroxidationsofen bewegbar.

Die erfindungsgemäße Anlage umfasst ferner einen Drehherdofen (50) mit fünf vertikal bewegbaren, ggf. gasdichten Türen (51a, 51b, 51c, 51d, 5Ie) , wobei die Türen eine Aufheizzone (52a) , eine ersten Aufkohlungszone (52b) , eine zweiten Aufkoh- lungszone (52c), eine Härtezone (52d) sowie eine Belade-/Ent- ladezone (52e) begrenzen. Der Drehherdofen wird über einen (nicht dargestellten) geregelten Antrieb über Zahnrad und Zahnstange angetrieben. Über den Drehherdofen sind (nicht ge- zeigte) Absolutwertgeber verteilt, um ein Abschalten einzelner oder mehrerer Behandlungszonen zu ermöglichen. Gelagert ist der Drehherdofen auf Rollenböcken, und die lagegenaue Seitenführung wird durch Zentrierrollen hergestellt. Der Drehherdofen ist nach außen über eine innere und äußere Öltasse abge- dichtet und wird durch senkrecht angeordnete, gasbeheizte, vollkeramische Mantelstrahlrohre beheizt. Zum Beladen und Entladen weist der Drehherdofen in seiner Außenwand (54) eine vorzugsweise gasdicht verschließbare Belade-/Entladeöffnung (53) auf.

Der Belade-/Entladeöffnung ist eine Abschreckeinrichtung (40) derart zugeordnet, dass ein Belade-/Entlademanipulator (10, 10', 20) das Werkstück durch eine radiale Bewegung aus der Belade-/Entladezone (52e) entnehmen kann und auf einer Hebeeinrichtung der Abschreckeinrichtung (40) absetzen kann.

Die Abschreckeinrichtung (40) wird nun unter Bezugnahme auf Figur 2 detaillierter beschrieben. Die in Figur 2 darge- stellte Abschreckeinrichtung (40) umfasst zwei Abschreckkammern, wobei jede Abschreckkammer ein Ölbad zum Abschrecken der Werkstücke und eine Hebeeinrichtung mit Hebeteller (43a, 43b) umfasst. Der ersten Abschreckkammer (in der Zeichnung unten dargstellt) ist eine gasdichte Eingangs/Ausgangsschleuse (41) mit einer Mehrzahl von gasdicht verschließbaren Türen zugeordnet, wobei die Türen aus gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. Im Ölbad der ersten Abschreckkammer ist eine Dreheinrichtung mit Drehteller (44) angeordnet, wobei der Drehteller über einen Antrieb (42) bewegt wird. In mindestens dem ersten Ölbad ist ferner ein Düsensystem angeordnet, um das Anströmen bestimmter Bereiche der Werkstücke zu ermöglichen, und das Öl in den Ölbädern wird mit Axialdüsen umgewälzt. Bei anderen Ausführungsbeispielen können andere Abschreckmittel verwendet werden, wobei die Abschreckeinrichtung jeweils an das bzw. die verwendeten Abschreckmedien anzupassen ist, wobei die Wahl des Abschreckmittels primär von der Größe und Beschaffenheit des Werkstücks abhängt.

Die erfindungsgemäße Anlage umfasst ferner eine Nachbehandlungseinrichtung (60) mit einer Waschzone (61), einer er- sten Kühlzone (62), einer zweiten Kühlzone (63) und einer

Trockenzone (64), wobei bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die jeweiligen Zonen als separate Einrichtungen ausgebildet sind (und nachfolgend auch so bezeichnet werden) . Sobald das Werkstück in die Wascheinrichtung eingebracht ist, wird das Werkstück über ein Düsensystem mit einer Waschflüssigkeit gewaschen, wobei die Wahl der Waschflüssigkeit primär von dem bzw. den Abschreckmedium abhängig ist. Üblich ist die Verwen- düng von Wasser, ggf. mit Zusätzen, als Waschflüssigkeit. Um die Effizienz des Waschens zu erhöhen wird der Waschvorgang bei Temperaturen zwischen 40 ⁰ C und 80 ⁰ C durchgeführt.

Von der Wascheinrichtung (61) wird das Werkstück in die erste Kühleinrichtung (62) bewegt und dort mit einer ersten Kühlflüssigkeit, üblicherweise Wasser, abgekühlt, wobei bevorzugt ist, dass das Werkstück in die Flüssigkeit abgesenkt wird. Nach Ablauf einer vorgegebenen ersten Kühlzeit wird das Werkstück entnommen und in Abhängigkeit von der Kerntemperatur des Werkstücks entweder der zweiten Kühleinrichtung (63) oder der Trockeneinrichtung (64) zugeführt. Für den Fall, dass die takt- und verfahrensbedingte erste Kühlzeit nicht ausreichte, um die Kerntemperatur auf zwischen 25°C und 35°C abzusenken, wird das Werkstück der zweiten Kühleinrichtung (63) zugeführt, ansonsten der Trockeneinrichtung (64) . Wiederum nach Ablauf einer vorgegebenen zweiten Kühlzeit wird das Werkstück der zweiten Kühleinrichtung entnommen und der Trockeneinrichtung (64) zugeführt und in dieser getrocknet, beispielsweise mit Ventilator und/oder einem Gebläse. Die einzelnen Einrichtungen der Nachbehandlungseinrichtung (60) sind quasi „in Reihe" ge- schaltet, was zur Folge hat, dass die Behandlungszeiten in allen Einrichtungen gleich sind (d.h. auch die erste Abkühlzeit entspricht zweiter Abkühlzeit) .

Nach dem Trocknen weisen die Werkstücke einen definierten Restaustenitgehalt auf, der deutlich geringer ist als bei Werkstücken, die gemäß dem Stand der Technik wärmebehandelt wurden, da der zusätzliche Arbeitsschritt der Nachbehandlung ein weiteres Umwandeln von Austenit in Martensit bedingt, wobei ein möglichst geringer Restaustenitgehalt sich positiv auf die Qualität des Werkstücks auswirkt. Der Stand der Technik verzichtet auf die zusätzliche Nachbehandlung, so dass der Re- staustenitgehalt der Werkstücke größer und damit die Qualität geringer ist. Nach dem Trocknen werden die Werkstücke der Trockeneinrichtung (64) entnommen und über einen Querfahrwagen (70) einem von zwei Anlassöfen (81, 82) zugeführt, wobei den Anlassöfen bei einem alternativen Ausführungsbeispiel eine Kaltrichteinrichtung vorgeschaltet sein kann. Den Anlassöfen kann bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ferner eine Kugel- strahlverfestigungseinrichtung nachgeschaltet sein.

Das in Figur 1 gezeigte Ausführungsbeispiel umfasst ferner zwei Belade/Entlademanipulatoren (10, 20), wobei der erste Belade/Entlademanipulator (10) in zwei Stellungen (10, 10') dargstellt ist. Die beiden Belade/Entlademanipulatoren (10,

20) sind auf einem gemeinsamen Führungssystem (30) verfahrbar, so dass gewährleistet ist, dass bei dem Ausfall eines Belade/Entlademanipulators der andere Belade/Entlademanipulator die Aufgaben des ausgefallenen Belade/Entlademanipulators übernehmen kann. Der erste Belade/Entlademanipulator (10) dient zum Beladen und Entladen des Drehherdofens, während der zweite Belade/Entlademanipulator (20) dazu dient, das Werkstück von der ersten Hebeeinrichtung auf die zweite Hebeeinrichtung zu bewegen, und ferner dazu vorgesehen ist, die Werkstücke der Nachbehandlungseinrichtung zuzuführen und es zwischen den einzelnen Einrichtungen der Nachbehandlungseinrichtung zu bewegen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Belade/Entlademanipulatoren als Hebe/Senkmanipulatoren ausgebildet, d.h. sie untergreifen das Werkstück zum Anheben und werden zum Absenken in geeignete

Ausnehmen eingefahren, wobei das Werkstück abgelegt wird, beispielsweise im Drehherdofen. Nach dem Ablegen des Werkstücks wird der jeweilige Belade/Entlademanipulator über die Ausnehmungen entfernt.

Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Figuren 1 und 2 beschrie- ben. Das Werkstück (100) wird zunächst in einen Voroxidations- ofen (1) eingebracht, in welchem das Werkstück bei einer Temperatur zwischen 200 ⁰ C und 500 ⁰ C voroxidiert wird. Bei dem Werkstück kann es sich beispielsweise um Großzahnräder handeln, die beispielsweise aus 18CrNiMo7/6- oder 16MnCr5-Stahl hergestellt sind. Sollte das Werkstück Schneidöl- oder Waschmittelrückstände aufweisen, werden diese abgebrannt. Am Ende des Ofens wird das Werkstück auf einen verfahrbaren Hubtisch ausgefahren und von diesem dem ersten Belade/Entlademanipulator (10) zugeführt. Der Belade/Entlademanipulator unter- greift das Werkstück, hebt es an und verfährt mit dem aufliegendem Werkstück in Richtung Abschreckeinrichtung (40) vor die Belade/Entladeöffnung (53) des Drehherdofens (50) . In Figur 1 ist der erste Belade/Entlademanipulator (10) in zwei Positionen (10, 10') gezeigt, nämlich einmal der Aufnahme- position (10) und einmal in der Position, in welcher das Werkstück in den Drehherdofen eingebracht wird.

Zum Einbringen des Werkstückes (100) in den Drehherdofen (50) wird der Belade/Entlademanipulator samt Werkstück über (nicht dargestellte) verschließbare Öffnungen der Ein- gangs/Ausgangsschleuse (41) durch die geöffnete Belade/Entladeöffnung (53) des Drehherdofens in diesen eingebracht und das Werkstück in der Belade/Entladezone (52e) abgesetzt.

Vorzugsweise sind sämtliche Aufnahme- oder Absetzpositionen bei der Anlage derart gestaltet, dass ein Belade/Entlade- manipulator die Werkstücke untergreifen kann.

Das Werkstück wird zunächst in der Aufheizzone (52a) auf eine vorgegebene Aufkohlungstemperatur erwärmt, wobei die Temperaturen in der Aufheizzone zwischen 400 ⁰ C und 960 ⁰ C liegen. Nachdem das Werkstück die erforderliche Temperatur erreicht hat, wird es über die geöffnet Tür (51a) in die erste Aufkoh- lungszone (52b) eingebracht und mit einem vorgegebenen Gas, wie beispielsweise Endogas oder Propan, aufgekohlt. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Aufkohlen auf zwei Teilschritte unterteilt, um die Flexibilität des Aufkohlens selber zu erhöhen. Nach der Behandlung des Werkstücks in der ersten Aufkohlungszone (52b) wird dieses über die geöffnete Tür (51b) in die zweite Aufkohlungszone (52c) geführt. Die Aufkohlung selber findet bei Temperaturen zwischen 900 ⁰ C und 1000°C statt. Nach dem Aufkohlen wird das Werkstück über die geöffnete Tür (51c) in die Härtezone (52d) überführt, in welcher das Werkstück auf eine vorgegebene Härtetemperatur eingestellt wird, wobei diese Temperatur vorzugsweise in dem Bereich zwischen 820 ⁰ C und 860 ⁰ C liegt. Nach der Verweilzeit in der Härtezone (52d) wird das Werkstück über die geöffnete Tür (5Id) in die Belade/Entladezone (52e) geführt, wobei die Atmosphäre aus der Härtezone in die Belade/Entnahmezone entweicht und über einen separaten Austritt und mit einer Fackel abgebrannt wird. Zur Entnahme des Werkstücks aus dem Drehherdofen (50) wird dieses von dem ersten Belade/Entlademanipulator (10) untergriffen und durch die verschließbar Tür (53) des Drehherdofens (50) bewegt und auf dem Hebeteller (53a) der ersten Hebeeinrichtung angeordnet. Dabei wird ein Teil der Ofen- atmosphäre über einen Flammenschleier am Eintritt des Manipulators in die Abschreckkammer abgebrannt, um den Eintritt von zuviel Sauerstoff in die Anlage zu vermeiden. Vor dem Absenken des Hebetellers wird die Ofentüre wieder verschlossen, der Manipulator verlässt die Abschreckeinrichtung (40) und die Außentüre wird geschlossen. Der Hebeteller (53a) der Hebeeinrichtung wird dann abgesenkt und das Werkstück im ersten Ölbad auf dem Drehteller (44) der Dreheinrichtung abgesetzt. Das Werkstück verweilt nun für eine vorgegebene Abschreckzeit im ersten Ölbad. Während dieser Zeit wird das Öl durch zumindest eine (nicht gezeigte) Axialpumpe umgewälzt, wobei die Drehzahl der Pumpe stufenlos verstellbar ist, und die Randbereiche des Werkstücks werden von einem Düsensystem gezielt mit Öl ange- strömt. Während des Abschreckvorgangs wird das Werkstück über die Dreheinrichtung gedreht, wobei deren Drehzahl stufenlos zwischen 1 bis 10 Umdrehungen pro Minute verstellbar ist.

Nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer wird das Werkstück mit dem Hebeteller (43a) der Hebeeinrichtung aus dem Ölbad ge- hoben und, ggf. nach einer vorgegebenen Abtropfzeit, wird die Außentüre für den zweiten Belade/Entlademanipulator geöffnet. Bei der in Figur 1 gezeigten Anlage wird das Werkstück dann von dem zweiten Belade/Entlademanipulator (20) untergriffen und über eine (nicht gezeigte) Öffnung aus der Eingangs/Aus- gangsschleuse der ersten Kammer der Abschreckeinrichtung (40) entfernt, wobei die geöffnete Tür beim Entfernen des Werkstücks mit einem Gasschleier belegt wird. Das Werkstück wird nun von dem Belade/Entlademanipulator (20) auf den Hebeteller (43b) der zweiten Hebeeinrichtung abgesetzt, und das Werkstück wird dann in dem zweites Ölbad abgesetzt, wobei bei einem alternativen Ausführungsbeispiel auch in dem Ölbad der zweiten Abschreckkammer eine Dreheinrichtung angeordnet sein kann. Nach dem Ablauf einer vorgegebenen Abschreckzeit wird das Werkstück über den Hebeteller (43b) der zweiten Hebe- einrichtung aus dem Ölbad gehoben, wobei die Kerntemperatur des Werkstücks nach dem Gesamtabschreckvorgang zwischen 60 ⁰ C und 150 ⁰ C beträgt.

Das Werkstück wird dann, vorzugsweise nach einer gewissen Ölabtropfzeit, von dem zweiten Belade/Entlademanipulator (20) untergriffen und der Nachbehandlungseinrichtung (60) zugeführt, wobei das Werkstück zunächst in der Wascheinrichtung (61) der Nachbehandlungseinrichtung (60) abgesetzt wird. Das Werkstück wird über ein (nicht dargestelltes) Düsensystem mit Waschflüssigkeit, bei welcher es sich vorzugsweise um Wasser mit gegebenenfalls einem Zusatz handelt, gewaschen. Um eine effiziente Entfernung des Öls von dem Werkstück zu gewährleisten, hat die Waschflüssigkeit eine Temperatur zwischen 60 ⁰ C und 90 °C. Nachdem das Werkstück gewaschen wurde, wird es mit dem zweiten Belade/Entlademanipulator der ersten Kühleinrichtung (62) zugeführt, in welcher das Werkstück in eine Kühlflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, abgetaucht und gekühlt wird, wobei die Temperatur der Kühlflüssigkeit zwischen 20 ⁰ C und 40 ⁰ C beträgt. Nach dem Ablauf der ersten Abkühlzeit wird das Werkstück der ersten Kühleinrichtung entnommen und die Kerntemperatur des Werkstücks ermittelt. Falls diese nicht in dem Bereich zwischen 25°C und 35°C liegen sollte, wird das Werkstück mit dem Belade/Entlademanipulator der zweiten Kühlein- richtung (63) der Nachbehandlungseinrichtung (60) zugeführt, in welcher das Werkstück auf eine Kerntemperatur zwischen 25°C und 35°C abgekühlt wird.

Nach Ablauf der vorgegebenen zweiten Abkühlzeit, die aus oben genannten Gründen der ersten Abkühlzeit entspricht, wird das Werkstück mit dem zweiten Belade/Entlademanipulator (20) der Trockeneinrichtung (63) zugeführt, in welcher das Werkstück über Ventilatoren und/oder Gasdüsen getrocknet wird. Eine solche Trocknung ist notwendig, da durch die zuvor erfolgte Kühlung des Werkstücks die Oberflächentemperatur des Werkstücks bereits soweit erniedrigt wurde, dass die noch von dem Kühlvorgang anhaftende Waschflüssigkeit nicht schnell genug verdampft und daher, falls mit Wasser gekühlt wurde, eine Oxidation der Werkstückoberfläche einsetzen kann.

Nach dem Trocknen wird das Werkstück einem der beiden An- lassöfen zugeführt, in welchen die Werkstücke bei einer Temperatur zwischen 160 ⁰ C und 180 ⁰ C angelassen werden. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann das Werkstück nach dem Anlassen zumindest in Teilbereichen noch einer Kugelstrahlverfestigung unterzogen wird.