Vorrichtung zur Abstützung und Strömungsführung für metallische Werkstücke und Verfahren zur thermochemischen Behandlung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abstützung und Strömungsführung für metallische Werkstücke bei der thermochemischen Behandlung und ein Verfahren zur thermochemischen Behandlung von ein, zwei oder mehreren metallischen Werkstücken.

Im Stand der Technik ist es üblich, metallische Werkstücke, wie beispielsweise Zahnräder thermochemisch zu behandeln. Eines der am häufigsten angewendeten Verfahren ist das Einsatzhärten (https://de.wikipedia.org/wiki/Einsatzhärten), bei dem Werkstücke aus Stahl oder anderen Legierungen aufgekohlt, diffundiert und abgeschreckt werden, um an der Oberfläche der Werkstücke eine Schicht mit einem bestimmten, vorzugsweise

martensitischen Gefüge zu erzeugen. Weitere thermochemische Verfahren sind das Carbonitrieren, bei dem Kohlenstoff und Stickstoff in die Werkstücke eingebracht werden, und das Nitrieren, bei dem nur Stickstoff eingebracht wird.

Bei der thermochemischen Behandlung mittels Aufkohlen und Carbonitrieren werden die Werkstücke über einen Zeitraum von 30 min bis zu einigen Stunden auf Temperaturen im Bereich von 800 bis 1100 °C gehalten.

Überwiegend werden bei der thermochemischen Behandlung Chargen mit einer Stückzahl bzw. Losgröße von einigen Zehn bis zu einigen Hundert Werkstücken in speziell konzipierten Anlagen mit einer oder mehreren Schleusen-, Ofen- und Abschreckkammern behandelt. In Ausnahmefällen, wie beispielsweise Getriebezahnrädern mit einem Durchmesser von mehr als 600 mm oder Maschinenteilen mit hohen Präzisionsanforderungen werden die

Werkstücke seriell behandelt (one piece flow) wobei in einer Behandlungskammer jeweils ein einzelnes Werkstück einem der thermochemischen Verfahrensschritte unterzogen wird.

Kleine Bauteile mit unkritischer Fertigungstoleranz, werden häufig in Form von schütt gutartigen Chargen mit einer Stückzahl von einigen Hundert bis zu einigen Tausend

Werkstücken behandelt. Demgegenüber werden größere und höherwertige Bauteile in geordneter Weise auf Chargenträgern angeordnet, um kontrollierte und möglichst homogene Verfahrensbedingungen zu gewährleisten. Insbesondere wird eine homogene Temperaturverteilung und Beaufschlagung der Werkstücke mit kohlenstoff- und

stickstoffhaltigen Prozessgasen sowie eine gleichmäßige Umströmung der Werkstückober fläche mit Abschreckfluid angestrebt.

Die Chargenträger sind in der Regel als gitterförmige Roste ausgebildet und bestehen aus einem hochtemperaturbeständigen Material, wie Grafit, kohlenstofffaserverstärktem Kohlenstoff (CFRC) oder hochnickelhaltigem Stahl. Die Herstellung der Chargenträger ist aufwendig und kostenintensiv. Um die thermochemische Behandlung wirtschaftlich durchzuführen, werden die Chargenträger möglichst lange, d.h. für die Behandlung zahlreicher Werkstückchargen eingesetzt und sind hoher mechanischer und thermischer Belastung ausgesetzt. Beim Be- und Entladen der Chargenträger mit Werkstücken kommt es zu mechanischem Abrieb. Zudem bewirken im Fall hochnickelhaltiger Stähle die zahlreichen Heiz- und Abschreckvorgänge kumulativen thermischen Verzug. Die fortschreitende mechanische und thermische Belastung führt dazu, dass die Oberfläche der Chargenträger bereits nach wenigen Produktionsläufen geringfügige Unebenheiten und Verwerfungen aufweist.

Werkstücke aus Stahl sind - je nach Stahlsorte - ab einer Temperatur im Bereich von 500 bis 800 °C schmiedbar, d.h. unter Krafteinwirkung plastisch verformbar. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird diese Temperatur in Anlehnung an Kunststoffe als

"Erweichungstemperatur" bzw. als "Erweichungspunkt" bezeichnet.

Beim Aufkohlen und Carbonitrieren werden die Werkstücke regelmäßig über einen beträchtlichen Zeitraum auf einer Temperatur oberhalb ihres "Erweichungspunktes" gehalten.

Ein auf einem Chargenträger gelagertes und über seinen "Erweichungspunkt" aufgeheiztes Werkstück, schmiegt sich unter der Einwirkung seines Eigengewichts an die Oberfläche des Chargenträgers an. Wenn die Oberfläche des Chargenträgers hinreichend eben ist, so dass die lokale Krümmung sehr klein bzw. der lokale Krümmungsradius sehr groß ist im Vergleich zu den Abmessungen der Werkstücke, ist der Wärmebehandlungsverzug der Werkstücke geringfügig und liegt innerhalb vorgegebener Toleranzen. Weist die Oberfläche des

Chargenträgers jedoch eine oder mehrere Unebenheiten auf mit erheblicher Krümmung bzw. einem Krümmungsradius unterhalb eines kritischen Grenzwertes, kann der

Wärmebehandlungsverzug der Werkstücke die Toleranzen überschreiten und eine beträchtlich erhöhte Ausschussrate verursachen.

Im Weiteren kann eine ungleichmäßige Überströmung der Werkstücke mit Kühlfluid beim Abschrecken ebenfalls einen Verzug der Werkstücke verursachen.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Vorrichtung für die Verringerung der Maß- und Formänderungen bzw. des Verzuges metallischer Werkstücke bei der thermo chemischen Behandlung bereit zu stellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Abstützung und Strömungsführung für metallische Werkstücke bei der thermochemischen Behandlung, umfassend eine Scheibe oder einen Ring mit einer ersten und zweiten Stirnseite, wobei die zweite Stirnseite mit drei oder mehr Stützelementen ausgerüstet ist und die Stützelemente eine Stützebene begrenzen.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind nachfolgend dargelegt.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die erste Stirnseite eine plane Außenfläche aufweist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die von den Stützelementen begrenzte Stützebene planparallel zu der Außenfläche der ersten Stirnseite ist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Scheibe oder der Ring und die

Stützelemente einstückig ausgebildet sind.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Stützelemente als Stege ausgebildet sind. Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Stützelemente als kreisförmige Stege ausgebildet sind.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Stützelemente als radiale Stege ausgebildet sind.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei zwischen benachbarten Stützelementen Ausnehmungen angeordnet sind.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei zwischen benachbarten Stützelementen Nuten angeordnet sind.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die zweite Stirnseite kreisförmige

Ausnehmungen aufweist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die zweite Stirnseite kreisförmige Nuten aufweist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die zweite Stirnseite radiale

Ausnehmungen aufweist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die zweite Stirnseite radiale Nuten aufweist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die zweite Stirnseite kreisförmige und radiale Ausnehmungen aufweist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die zweite Stirnseite kreisförmige und radiale Nuten aufweist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die zweite Stirnseite mit Aufnahmen für die Stützelemente ausgerüstet ist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Aufnahmen als Nuten ausgebildet sind.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Stützelemente als Rundstäbe ausgebildet sind.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Scheibe oder der Ring aus Grafit oder kohlenstofffaserverstärktem Kohlenstoff (CFRC) gefertigt ist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Stützelemente aus Grafit, kohlenstoff faserverstärktem Kohlenstoff (CFRC), oxidkeramischem Faserverbundwerkstoff (OCMC) oder einem anderen keramischen Werkstoff gefertigt sind.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei eine Oberfläche der Stützelemente mit Partikeln aus einem keramischen Werkstoff ausgerüstet ist und die Partikel einen

äquivalenten Durchmesser im Bereich von 5 bis 1000 nm haben.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, mit Kanälen zur Durchleitung von Fluiden, welche die erste und zweite Stirnseite verbinden.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Kanäle als Bohrungen ausgebildet sind. Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Aufnahmen als radiale Nuten ausgebildet sind.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Aufnahmen als Nuten mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet sind.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Aufnahmen als Nuten mit dreieckigem Querschnitt ausgebildet sind.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Stützelemente als Rundstäbe mit kreisförmigem Querschnitt mit Durchmesser D _s ausgebildet sind, die Aufnahmen als Nuten ausgebildet sind und einen Querschnitt in Form eines gleichseitigen Dreiecks mit einer Grundseite mit Länge c und einem Spitzenwinkel g aufweisen, der Spitzenwinkel g im Bereich von 60° bis 120° liegt (60° < g < 120°) und die Länge c die Relation

D _s · COS(Y/2) < c < D _s · cot(45°-y/4) erfüllt.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Aufnahmen als Nuten mit

trapezförmigem Querschnitt ausgebildet sind.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Stützelemente als Rundstäbe mit kreisförmigem Querschnitt mit Durchmesser D _s ausgebildet sind, die Aufnahmen als Nuten ausgebildet sind und einen Querschnitt in Form eines symmetrischen Trapez mit einer langen Grundseite der Länge a und einer kurzen Grundseite der Länge b aufweisen, ein von den Trapezschenkeln eingeschlossener Winkel e im Bereich von 60° bis 120° liegt

(60° < e < 120°), die Länge a die Relation D _s · cos(e/2) < a < D _s · cot(45°-e/4) erfüllt und die Länge b die Relation 0 < b < D _s · cot(45°+e/4) erfüllt.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Stützelement eine plane Stützfläche aufweist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Stützelement eine plane Stützfläche aufweist und die Stützflächen in der Stützebene liegen.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Stützelement eine plane Stützfläche aufweist und die Stützflächen der Stützelemente gleich groß sind.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Außenfläche der ersten Stirnseite eine Ebenheit (axialen Planlauf) von < 10 pm aufweist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die zweite Stirnseite eine Ebenheit (axialen Planlauf) von < 10 pm aufweist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Stützflächen der Stützelemente eine Ebenheit (axialen Planlauf) von < 10 pm aufweisen.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend N Stützelemente mit 4 < N < 12,

8 < N < 16, 12 < N < 20, 16 < N < 24, 20 < N < 28, 24 < N < 32, 28 < N < 36 oder 42 < N < 50.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend N Stützelemente mit 10 < N < 30,

20 < N < 40, 30 < N < 50, 40 < N < 60, 50 < N < 70, 60 < N < 80, 70 < N < 90 oder 80 < N < 100. Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend N Stützelemente mit 10 < N < 100,

20 < N < 100, 30 < N < 100, 40 < N < 100, 50 < N < 100, 60 < N < 100, 70 < N < 100,

80 < N < 100 oder 90 < N < 100.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend N Stützelemente mit 10 < N < 200, 20 < N < 200, 30 < N < 200, 40 < N < 200, 50 < N < 200, 60 < N < 200, 70 < N < 200,

80 < N < 200, 90 < N < 200, 100 < N < 200, 110 < N < 200, 120 < N < 200, 130 < N < 200,

140 < N < 200, 150 < N < 200, 160 < N < 200, 170 < N < 200, 180 < N < 200 oder

190 < N < 200.

Vorrichtung wie vorstehend beschrieben, wobei ein lotrechter Abstand zwischen der Außenfläche der ersten Stirnseite und einer von den Stützelementen begrenzten Stützebene 10 bis 200 mm beträgt.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Scheibe oder der Ring einen Quer schnitt mit Querschnittsfläche Q hat.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Scheibe oder der Ring einen Quer schnitt mit polygonaler oder kreisförmiger Außenkontur hat.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Scheibe einen Querschnitt in Form eines gleichseitigen Polygons mit 4 bis 12 Ecken aufweist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Scheibe einen Querschnitt in Form eines gleichseitigen Hexagons aufweist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei der Ring einen Querschnitt mit kreis förmiger Innenkontur und gleichseitig polygonaler Außenkontur mit 4 bis 12 Ecken aufweist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei der Ring einen Querschnitt mit kreis förmiger Innenkontur und gleichseitig polygonaler Außenkontur mit 4 bis 12 Ecken aufweist und die kreisförmige Innenkontur und polygonale Außenkontur konzentrisch sind.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei der Ring einen Querschnitt mit kreis förmiger Innenkontur und gleichseitig hexagonaler Außenkontur aufweist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei der Ring einen Querschnitt mit kreis förmiger Innenkontur und gleichseitig hexagonaler Außenkontur aufweist und die kreisförmige Innenkontur und polygonale Außenkontur konzentrisch sind.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend eine Scheibe oder einen Ring mit einem Querschnitt mit einem Hüllkreis mit Durchmesser D _a .

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend eine Scheibe mit einem kreisförmigen Querschnitt mit Durchmesser D _a und Querschnittsfläche Q = D .

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend einen Ring mit einem Querschnitt mit kreisförmiger Innenkontur mit Durchmesser D, und einer Außenkontur mit einem Hüllkreis mit Durchmesser D _a . Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend einen Ring mit kreisförmiger Innen kontur mit Durchmesser Di , kreisförmiger Außenkontur mit Durchmesser D _a und einer Querschnittsfläche Q. mit Q = ~ _{a ~} D .

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend einen Ring, wobei

0,1-Da ^ Di < 0,9-Da .

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend einen Ring, wobei

,

oder

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend einen Ring mit

20 mm < Di < 1980 mm.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend einen Ring mit

20 mm < Di < 200 mm, 100 mm < D, < 300 mm, 200 mm < D, < 400 mm,

300 mm < D, < 500 mm oder 400 mm < D, < 600 mm ist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend einen Ring mit

20 mm < Di < 400 mm, 200 mm < D, < 600 mm, 400 mm < D, < 800 mm,

600 mm < D, < 1000 mm, 800 mm < D, < 1200 mm, 1000 mm < D, < 1400 mm,

1200 mm < D, < 1600 mm, 1400 mm < D, < 1800 mm oder 1600 mm < D, < 1980 mm.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend eine Scheibe oder einen Ring, wobei 40 mm < D _a < 2000 mm ist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend eine Scheibe oder einen Ring, wobei 40 mm < D _a < 200 mm, 100 mm < D _a < 300 mm, 200 mm < D _a < 400 mm,

300 mm < D _a < 500 mm oder 400 mm < D _a < 600 mm ist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend eine Scheibe oder einen Ring, wobei 40 mm < D _a < 400 mm, 200 mm < D _a < 600 mm, 400 mm < D _a < 800 mm,

600 mm < D _a < 1000 mm, 800 mm < D _a < 1200 mm, 1000 mm < D _a < 1400 mm,

1200 mm < D _a < 1600 mm, 1400 mm < D _a < 1800 mm oder 1600 mm < D _a < 2000 mm ist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend einen Ring, wobei

4 mm < D _a - Di < 400 mm ist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend einen Ring, wobei

30 mm < (D _a + D,)/2 < 1800 mm ist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei ein zu der Stützebene lotrechter Abstand zwischen der ersten Stirnseite und der Stützebene 10 bis 200 mm beträgt.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei ein zu der Stützebene lotrechter Abstand zwischen der ersten Stirnseite und der Stützebene 10 bis 30 mm, 20 bis 40 mm,

30 bis 50 mm, 40 bis 60 mm, 50 bis 70 mm, 60 bis 80 mm, 70 bis 90 mm, 80 bis 100 mm,

90 bis 110 mm, 100 bis 120 mm, 110 bis 130 mm, 120 bis 140 mm, 130 bis 150 mm, 140 bis 160 mm, 150 bis 170 mm, 160 bis 180 mm, 170 bis 190 mm oder 180 bis 200 mm beträgt.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Stützelement eine plane Stützfläche aufweist und die Summe der Stützflächen aller Stützelemente 1 bis 80 % der Querschnitts- fläche Q. beträgt.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Stützelement eine plane Stützfläche aufweist und die Summe der Stützflächen aller Stützelemente 10 bis 80 % der Querschnitts- fläche Q. beträgt.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Stützelement eine plane Stützfläche aufweist und die Summe der Stützflächen aller Stützelemente 10 bis 70 % der Querschnitts- fläche Q. beträgt.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Stützelement eine plane Stützfläche aufweist und die Summe der Stützflächen aller Stützelemente 10 bis 60 % der Querschnitts- fläche Q. beträgt.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Stützelement eine plane Stützfläche aufweist und die Summe der Stützflächen aller Stützelemente 10 bis 50 % der Querschnitts- fläche Q. beträgt.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Stützelement eine plane Stützfläche aufweist und die Summe der Stützflächen aller Stützelemente 10 bis 40 % der Querschnitts- fläche Q. beträgt.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Stützelement eine plane Stützfläche aufweist und die Summe der Stützflächen aller Stützelemente 10 bis 30 % der Querschnitts- fläche Q. beträgt.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Stützelement eine plane Stützfläche aufweist und die Summe der Stützflächen aller Stützelemente 10 bis 20 % der Querschnitts- fläche Q. beträgt.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Stützelement eine plane Stützfläche aufweist und die Summe der Stützflächen aller Stützelemente 25 bis 40 % der Querschnitts- fläche Q. beträgt.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Stützelement eine plane Stützfläche aufweist und die Summe der Stützflächen aller Stützelemente 30 bis 36 % der Querschnitts- fläche Q. beträgt.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend eine Scheibe oder einen Ring mit Querschnittsfläche Q. und N Stützelemente, wobei jedes Stützelement eine plane Stützfläche aufweist und ein lichter Abstand w zwischen den Stützflächen benachbarter Stützelemente die Bedingung

0,875 1,275

erfüllt, wobei x der Quotient aus der Summe der Stützflächen aller Stützelemente geteilt durch Q ist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend eine Scheibe oder einen Ring mit Querschnittsfläche Q und N Stützelemente, wobei jedes Stützelement eine plane Stützfläche aufweist und ein lichter Abstand w zwischen den Stützflächen benachbarter Stützelemente die Bedingung

0,975 1,175

erfüllt, wobei x der Quotient aus der Summe der Stützflächen aller Stützelemente geteilt durch Q ist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfassend eine Scheibe oder einen Ring mit Querschnittsfläche Q und N Stützelemente, wobei jedes Stützelement eine plane Stützfläche aufweist und ein lichter Abstand w zwischen den Stützflächen benachbarter Stützelemente die Bedingung

1,025 1,125

erfüllt, wobei x der Quotient aus der Summe der Stützflächen aller Stützelemente geteilt durch Q ist.

Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, wobei die Stützelemente jeweils einen gleichseitig hexagonalen Querschnitt aufweisen und in einem zweidimensional periodischen Muster mit hexagonaler Symmetrie angeordnet sind, wobei eine durch zwei gegenüberliegende

Eckpunkte des hexagonalen Querschnitts eines Stützelements verlaufende Achse relativ zu einer Achse, die durch zwei Eckpunkte des periodischen hexagonalen Musters verläuft, um einen Winkel von 30, 90, 150, 210, 270 oder 330 Grad gedreht ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren für die thermochemische Behandlung metallischer Werkstücke mit einer im Vergleich zu bekannten Verfahren verringerten Maß- und Formänderung bzw. einem verringerten Verzug bereit zu stellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur thermochemischen Behandlung ein, zwei oder mehrerer metallischer Werkstücke, wobei an einer ersten und/oder zweiten Seite jedes Werkstücks eine Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, angeordnet ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind nachfolgend dargelegt.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück auf einer Vorrichtung gelagert ist.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück auf einer unterhalb des Werkstücks angeordneten Vorrichtung gelagert ist. Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei auf jedem Werkstück eine Vorrichtung aufliegt.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei auf jedem Werkstück eine oberhalb des Werkstücks angeordnete Vorrichtung aufliegt.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei eine mit Stützelementen ausgerüstete Seite der Vorrichtung dem Werkstück zugewandt ist.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei eine erste Seite jedes Werkstücks auf einer ersten Vorrichtung gelagert ist und eine zweite Vorrichtung auf einer der ersten Seite gegen überliegenden zweiten Seite des Werkstücks aufliegt.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei eine mit Stützelementen ausgerüstete Seite der ersten Vorrichtung und eine mit Stützelementen ausgerüstete Seite der zweiten Vorrichtung dem Werkstück zugewandt ist.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei die Vorrichtung drei oder mehr Stütz elemente umfasst, die mit dem Werkstück in mechanischem Kontakt stehen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei ein, zwei oder mehr Werkstücke zusammen aufgekohlt werden.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei ein, zwei oder mehr Werkstücke bei Temperaturen von 900 bis 1050 °C zusammen aufgekohlt werden.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei ein, zwei oder mehr Werkstücke in einer kohlenstoffhaltigen Gasatmosphäre mit einem Druck von kleiner 200 mbar zusammen aufgekohlt werden.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei ein, zwei oder mehr Werkstücke in einer kohlenstoffhaltigen Gasatmosphäre mit einem Druck von kleiner 50 mbar zusammen aufgekohlt werden.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei ein, zwei oder mehr Werkstücke in einer Ofenkammer zusammen aufgekohlt werden und in einer vertikalen Richtung zwischen einer oberen und unteren Wand der Heizkammer jeweils ein Werkstück angeordnet ist.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei ein, zwei oder mehr Werkstücke zusammen carbonitriert werden.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei ein, zwei oder mehr Werkstücke bei Temperaturen von 800 bis 1050 °C zusammen carbonitriert werden.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei ein, zwei oder mehr Werkstücke in einer stickstoffhaltigen Gasatmosphäre mit einem Druck von kleiner 200 mbar zusammen carbonitriert werden.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei ein, zwei oder mehr Werkstücke in einer Ofenkammer zusammen carbonitriert werden und in einer vertikalen Richtung zwischen einer oberen und unteren Wand der Heizkammer jeweils ein Werkstück angeordnet ist. Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei ein, zwei oder mehr Werkstücke zusammen aufgekohlt und/oder zusammen carbonitriert und hieran anschließend zusammen abgeschreckt werden.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei ein, zwei oder mehr Werkstücke mittels eines Gases zusammen abgeschreckt werden.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei ein, zwei oder mehr Werkstücke mittels Stickstoff zusammen abgeschreckt werden.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei ein, zwei oder mehr Werkstücke mittels Helium zusammen abgeschreckt werden.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei ein, zwei oder mehr Werkstücke mittels Argon zusammen abgeschreckt werden.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei ein, zwei oder mehr Werkstücke mittels eines Gases unter einem Druck von 1 bis 40 bar zusammen abgeschreckt werden.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei ein, zwei oder mehr Werkstücke mittels eines Gases unter einem Druck von 2 bis 20 bar zusammen abgeschreckt werden.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei ein, zwei oder mehr Werkstücke in einer Abschreckkammer zusammen abgeschreckt werden und in einer vertikaler Richtung zwischen einer oberen und unteren Wand der Abschreckkammer jeweils ein Werkstück angeordnet ist.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei ein, zwei oder mehr Werkstücke mittels einer Flüssigkeit, wie beispielsweise eines Öls zusammen abgeschreckt werden.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei ein, zwei oder mehr Vorrichtungen mit jeweils einem, auf der Vorrichtung abgestützten Werkstück zusammen auf einem Träger angeordnet sind.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei der Träger aus Grafit, kohlenstofffaser verstärktem Kohlenstoff (CFRC) oder hochnickelhaltigem Stahl gefertigt ist.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei der Träger gitterartig ausgebildet ist.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei die Werkstücke als Zahnräder ausgebildet sind.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei die Werkstücke einen Querschnitt mit einem Hüllkreis mit Durchmesser DK aufweisen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei die Werkstücke als Zahnräder mit Kopfkreis durchmesser DK ausgebildet sind.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei die Vorrichtung eine Scheibe oder einen Ring mit einem Querschnitt mit einem Hüllkreis mit Durchmesser D _a umfasst.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei die Vorrichtung eine Scheibe mit einem Querschnitt mit polygonaler Außenkontur mit einem Hüllkreis mit Durchmesser D _a umfasst. Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei die Vorrichtung eine Scheibe mit einem kreisförmigen Querschnitt mit Durchmesser D _a umfasst.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei die Vorrichtung einen Ring mit einem Quer schnitt mit polygonaler Außenkontur mit einem Hüllkreis mit Durchmesser D _a umfasst.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei die Vorrichtung einen Ring mit einem Querschnitt mit kreisförmiger Außenkontur mit Durchmesser D _a umfasst.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei 0,5-D _k < D _a < 1,2-D _k ist.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei 0,5-D _k < D _a < 0,6-D _k ,

1,0-Dk < D _a < 1,1-Dk , 1,05-Dk < D _a < l,15-D _k oder l,l-D _k < D _a < 1,2-D _k ist.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und der Flansch auf der Vorrichtung gelagert ist.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und die Vorrichtung auf dem Flansch aufliegt.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und eine Stirnfläche des Flansches mittels der Vorrichtung abgestützt wird.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und die Vorrichtung auf einer Stirnfläche des Flansches aufliegt.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und eine Stirnfläche des Flansches mittels der Vorrichtung abgestützt wird, wobei 1 bis 99 % der Stirnfläche des Flansches mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und die Vorrichtung auf einer Stirnfläche des Flansches aufliegt, wobei 1 bis 99 % der Stirnfläche des Flansches mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und eine Stirnfläche des Flansches mittels der Vorrichtung abgestützt wird, wobei 1 bis 20 % der Stirnfläche des Flansches mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und die Vorrichtung auf einer Stirnfläche des Flansches aufliegt, wobei 1 bis 20 % der Stirnfläche des Flansches mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen. Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und eine Stirnfläche des Flansches mittels der Vorrichtung abgestützt wird, wobei 10 bis 30 % der Stirnfläche des Flansches mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und die Vorrichtung auf einer Stirnfläche des Flansches aufliegt, wobei 10 bis 30 % der Stirnfläche des Flansches mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und eine Stirnfläche des Flansches mittels der Vorrichtung abgestützt wird, wobei 20 bis 40 % der Stirnfläche des Flansches mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und die Vorrichtung auf einer Stirnfläche des Flansches aufliegt, wobei 20 bis 40 % der Stirnfläche des Flansches mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und eine Stirnfläche des Flansches mittels der Vorrichtung abgestützt wird, wobei 30 bis 50 % der Stirnfläche des Flansches mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und die Vorrichtung auf einer Stirnfläche des Flansches aufliegt, wobei 30 bis 50 % der Stirnfläche des Flansches mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und eine Stirnfläche des Flansches mittels der Vorrichtung abgestützt wird, wobei 40 bis 60 % der Stirnfläche mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und die Vorrichtung auf einer Stirnfläche des Flansches aufliegt, wobei 40 bis 60 % der Stirnfläche des Flansches mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und eine Stirnfläche des Flansches mittels der Vorrichtung abgestützt wird, wobei 50 bis 70 % der Stirnfläche des Flansches mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und die Vorrichtung auf einer Stirnfläche des Flansches aufliegt, wobei 50 bis 70 % der Stirnfläche des Flansches mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen. Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und eine Stirnfläche des Flansches mittels der Vorrichtung abgestützt wird, wobei 60 bis 80 % der Stirnfläche des Flansches mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und die Vorrichtung auf einer Stirnfläche des Flansches aufliegt, wobei 60 bis 80 % der Stirnfläche des Flansches mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und eine Stirnfläche des Flansches mittels der Vorrichtung abgestützt wird, wobei 70 bis 90 % der Stirnfläche des Flansches mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und die Vorrichtung auf einer Stirnfläche des Flansches aufliegt, wobei 70 bis 90 % der Stirnfläche des Flansches mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und eine Stirnfläche des Flansches mittels der Vorrichtung abgestützt wird, wobei 80 bis 99 % der Stirnfläche des Flansches mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei jedes Werkstück als Zahnrad mit einem Zahnkranz und einem Flansch ausgebildet ist und die Vorrichtung auf einer Stirnfläche des Flansches aufliegt, wobei 80 bis 99 % der Stirnfläche des Flansches mit der Vorrichtung in mechanischem Kontakt stehen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei die Werkstücke als Zahnräder ausgebildet sind und einen Zahnkranz und einen Flansch mit Außendurchmesser D ₂ umfassen.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei die Vorrichtung als Scheibe oder Ring ausgebildet ist und ein Durchmesser D _a eines Hüllkreises eines Querschnitts der Scheibe oder des Rings kleiner als der Außendurchmesser D ₂ des Flansches der Zahnräder ist.

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei die Vorrichtung als Scheibe oder Ring ausgebildet ist und ein Durchmesser D _a eines Hüllkreises eines Querschnitts der Scheibe oder des Rings 50 bis 99 % des Außendurchmesser D ₂ des Flansches der Zahnräder beträgt (0,5-D ₂ < D _a < 0,99-D ₂ ).

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei die Vorrichtung als Scheibe oder Ring ausgebildet ist und ein Durchmesser D _a eines Hüllkreises eines Querschnitts der Scheibe oder des Rings 60 bis 99 % des Außendurchmesser D ₂ des Flansches der Zahnräder beträgt (0,6-D ₂ < D _a < 0,99-D ₂ ).

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei die Vorrichtung als Scheibe oder Ring ausgebildet ist und ein Durchmesser D _a eines Hüllkreises eines Querschnitts der Scheibe oder des Rings 70 bis 99 % des Außendurchmesser D ₂ des Flansches der Zahnräder beträgt (0,7-D ₂ < D _a < 0,99-D ₂ ).

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei die Vorrichtung als Scheibe oder Ring ausgebildet ist und ein Durchmesser D _a eines Hüllkreises eines Querschnitts der Scheibe oder des Rings 80 bis 99 % des Außendurchmesser D ₂ des Flansches der Zahnräder beträgt (0,8-D ₂ < D _a < 0,99-D ₂ ).

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei die Vorrichtung als Scheibe oder Ring ausgebildet ist und ein Durchmesser D _a eines Hüllkreises eines Querschnitts der Scheibe oder des Rings 90 bis 99 % des Außendurchmesser D ₂ des Flansches der Zahnräder beträgt (0,9-D ₂ < D _a < 0,99-D ₂ ).

Verfahren, wie vorstehend beschrieben, wobei die Werkstücke als Zahnräder mit Zahnkranz und Flansch ausgebildet sind und ein Abstand T zwischen einer ersten und zweiten Stirnseite der Vorrichtung größer als ein Abstand DH zwischen einer Stirnfläche des Flansches und einer hierzu benachbarten Stirnfläche des Zahnkranzes ist.

Die Erfindung ermöglicht es, bei der thermochemischen Behandlung jedes Werkstück planar bzw. eben zu lagern und Maß- und Formänderungen bzw. Verzug maßgeblich zu verringern. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einfach gestaltet und mit geringem Aufwand herstellbar. Zudem ist die Vorrichtung hochtemperaturbeständig, mechanisch robust und für eine lange Gebrauchsdauer ausgelegt. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die, auf die Stützfläche bezogene Berührungsfläche zwischen dem Werkstück und der Vorrichtung gering, so dass eine intensive und weitgehend konforme Überströmung der Werkstückoberfläche mit einem Abschreckfluid, wie beispielsweise Stickstoff oder Öl gewährleistet ist. Zudem ist die Vorrichtung vorzugsweise derart gestaltet, dass die abgestützte Werkstückoberfläche praktisch vollständig aufgekohlt wird. Somit wird bei der Niederdruck-Aufkohlung für den Kohlenstoff ein "Abschirmungseffekt", auch als "Masking" bezeichnet, sicher vermieden.

Überraschend wurde gefunden, dass der Verzug der Werkstücke in besonderem Maß verringert werden kann, wenn bei der thermochemischen Behandlung jedes Werkstück zwischen zwei erfindungsgemäßen Vorrichtungen gelagert bzw. angeordnet ist (nachfolgend auch als "Sandwich-Anordnung" oder "Sandwich-Verfahren" bezeichnet). Die Ursache für diesen vorteilhaften Effekt konnte bisher nicht aufgeklärt werden. Der Erfinder vermutet, dass durch die Sandwich-Anordnung die Umströmung der Werkstückoberfläche mit dem bei der Abschreckung verwendeten Kühlfluid homogenisiert wird. Demzufolge bewirkt die Sandwich-Anordnung bei der Abschreckung eine räumlich gleichmäßigere Abkühlung des Werkstücks und damit verbunden eine Minderung des thermischen Verzugs.

In der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff "Hüllkreis" den minimalen umschrei benden Kreis (MCCI bzw. Minimum Circumscribed Circle) eines Querschnitts einer Scheibe oder eines Rings einer erfindungsgemäßen Vorrichtung oder eines Querschnitts eines Werkstücks, wie beispielsweise eines Zahnrads. Der Hüllkreis wird gemäß DIN EN ISO 12180- 1:2011-07 und DIN EN ISO 12181-2:2011-07 mithilfe einer Zahnradinspektionsanlage oder eines Koordinatenmesssystems bestimmt. Bei einem gleichsseitigen Polygon entspricht der Hüllkreis dem Umkreis. Bei einem Querschnitt mit kreisförmiger Außenkontur ist der Hüllkreis identisch mit der Außenkontur.

Die Ebenheit bzw. der axiale Planlauf der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird gemäß DIN EN ISO 12181-1:2011-07 und DIN EN ISO 12181-2:2011-07 mithilfe einer Zahnrad

inspektionsanlage oder eines Koordinatenmesssystems bestimmt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren und Beispielen näher erläutert. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt

Fig. 1 - 3 schematische Draufsichten und Schnittansichten erfindungsgemäßer

Vorrichtungen;

Fig. 4 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 5 ein erfindungsgemäß gelagertes Zahnrad;

Fig. 6 ein Zahnrad mit einer ersten und zweiten Vorrichtung;

Fig. 7 - 8 Stützelemente, die in einem hexagonalen Muster angeordnet sind;

Fig. 9 eine Vorrichtung mit zylinderförmigen Stützelementen;

Fig. 10 - 11 Schnittansichten von in Ausnehmungen gelagerten Stützelementen.

Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht sowie eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit einem Ring 2 mit einer ersten Stirnseite 2A und einer zweiten Stirn seite 2B. Auf der zweiten Stirnseite 2B sind kreisförmige Stützelemente 3 angeordnet.

Jeweils zwei Stützelemente 3 sind durch eine kreisförmige Ausnehmung bzw. Nut 5 voneinander getrennt. Die erste Stirnseite 2A ist durch eine ebene Oberfläche bzw.

Außenfläche begrenzt. Die Stützelemente 3 sind derart ausgebildet, dass mindestens drei Punkte der Oberfläche jedes Stützelementes 3 in einem lotrechten Abstand T von der Außenfläche der ersten Stirnseite 2A angeordnet sind und ein lotrechter Abstand jedes Punktes der Oberfläche der Stützelemente 3 von der Außenfläche der ersten Stirnseite 2A kleiner oder gleich T ist. Die Stützelemente 3 begrenzen eine Stützebene 4.

Der Ring 2 der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung 1 hat im Wesentlichen die Gestalt eines Kreiszylinders mit einem äußeren und inneren Durchmesser D _a und respektive Di. Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 ist einstückig ausgebildet und aus einem hochtemperatur beständigen Material, wie beispielsweise Grafit oder kohlenstofffaserverstärktem

Kohlenstoff (CFRC) gefertigt.

Zweckmäßig wird die Vorrichtung 1 durch spanende Bearbeitung, insbesondere mittels Drehen oder Rundfräsen sowie ggf. Linearfräsen aus Platten oder zylindrischen Scheiben aus Grafit oder kohlenstofffaserverstärktem Kohlenstoff (CFRC) hergestellt. Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht sowie eine Schnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit einer Scheibe 2. Abgesehen von der Scheibe 2 ist die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung 1 in gleicher Weise wie die der Fig. 1 ausgebildet.

Fig. 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit einem Ring 2 und Stütz elementen 3, die durch kreisförmige Ausnehmungen 5 sowie radiale Ausnehmungen 6 voneinander getrennt sind.

Fig. 4 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Vorrichtung 1 mit einem kreisförmigen Ring 2 mit einem äußeren Durchmesser D _a , einem inneren Durchmesser D, und

Stützelementen 3 mit Stützflächen 3A, wobei die Stützelemente 3 durch kreisförmige und radiale Nuten 5, respektive 6 voneinander getrennt sind.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Voll- und Schnittansicht eines auf einer Vorrichtung 1 gelagerten Zahnrades 10 mit einem Zahnkranz 11 und einem Flansch 12. Die in Fig. 5 gezeigte Vorrichtung 1 ist in gleicher Weise wie jene der Fig. 4 gestaltet. Der äußere

Durchmesser D _a der Vorrichtung 1 ist kleiner als ein Außendurchmesser D ₂ des Flansches 12. Der Außendurchmesser des Flansches 12 ist kleiner/gleich einem Innendurchmesser des Zahnkranzes 11. Lediglich eine Stirnfläche des Flansches 12 ist durch Stützelemente 3 der Vorrichtung 1 abgestützt. Hingegen stehen die Stützelemente 3 nicht in Kontakt mit dem Zahnkranz 11. Im Weiteren ist in Fig. 5 ein gitterförmiger Träger 20 dargestellt, auf dem die Vorrichtung 1 mit dem Zahnrad 10 angeordnet ist. Der Träger 20 ist üblicherweise aus Grafit oder kohlenstofffaserverstärktem Kohlenstoff (CFRC) gefertigt.

Eine Dicke bzw. ein Abstand T zwischen einer dem Träger 20 zugewandten Außenfläche der ersten Stirnseite und einer dem Zahnrad 10 zugewandten Stützebene der Vorrichtung 1 ist größer als ein Abstand DH zwischen unteren Stirnflächen des Zahnkranzes 11 und des Flansches 12. Hierdurch ist gewährleistet, dass das Zahnrad 10 den Träger 20 nicht berührt.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Zahnrades 10 mit einer ersten Vorrichtung 1 und einer zweiten Vorrichtung 1'. Zwecks Veranschaulichung ist - nach Art einer Explosions zeichnung - die zweite Vorrichtung 1' in einer relativ zum Zahnrad 10 "aufgeklappten" Position dargestellt. Für die thermochemische Behandlung wird eine untere Seite des Zahnrades 10 auf der ersten Vorrichtung 1 gelagert und die zweite Vorrichtung 1' auf einer oberen Seite des Zahnrades 10 abgelegt. Diese Konfiguration, bei der ein Zahnrad 10 zwischen zwei Vorrichtungen 1 und 1' angeordnet ist, wird in der vorliegenden Erfindung auch als "Sandwich-Anordnung" bezeichnet. Die in Fig. 6 gezeigten Vorrichtungen (1, 1') sind in gleicher Weise ausgebildet und umfassen jeweils einen Ring mit hexagonaler Außenkontur und eine Vielzahl von hexagonal gestalteten Stützelementen 3, die jeweils eine Stütz fläche 3A aufweisen. Die Stützflächen 3A der Vorrichtung 1 und 1' begrenzen jeweils eine Stützebene, auf der das Zahnrad 10 aufliegt (Vorrichtung 1) bzw. eine Stützebene, die auf der oberen Seite des Zahnrades 10 ruht (Vorrichtung 1'). Fig. 7 zeigt eine schematische Draufsicht gleichseitig hexagonal ausgebildeter Stütz elemente 3 mit Stützflächen 3A einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1, 1') der in Fig. 6 gezeigten Art. Die Stützelemente 3 sind in einem zweidimensional periodischen Muster mit hexagonaler Symmetrie angeordnet. Die Anordnung der Stützelemente 3 in einem zweidimensional periodischen Muster ermöglicht eine flächig gleichmäßige Abstützung von Werkstücken sowie eine annähernd gleichförmige Überströmung der Werkstücke mit Prozessgas und Kühlfluid bei der Abschreckung. Die Wiederholeinheiten (bzw. Voronoi- Zonen) des hexagonalen periodischen Musters sind in Fig. 7 mit strichlierten Linien dargestellt. Jede der hexagonalen Stützflächen 3A ist relativ zu der Wiederholeinheit des hexagonal periodischen Musters um 30 Grad gedreht. Diese Konfiguration ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus massiven Platten mittels spanender Bearbeitung. Insbesondere kann die Vorrichtung mittels Fräsen aus einer massiven Platte aus Grafit oder kohlenstofffaserverstärktem Kohlenstoff (CFRC) hergestellt werden (siehe Fig. 8).

Fig. 8 zeigt eine zu Fig. 7 analoge Draufsicht hexagonal ausgebildeter Stützelemente 3, die in einem zweidimensional periodischen Muster mit hexagonaler Symmetrie angeordnet sind. Die Stützelemente 3 sind durch Ausnehmungen 30 bzw. Nuten 30 voneinander getrennt. Jede der Ausnehmungen 30 verläuft entlang einer Mittenachse 30A. Jede der Mitten achsen 30A gehört zu einer von drei Scharen äquidistanter paralleler Geraden, wobei die Geraden zweier voneinander verschiedener Scharen um einen Winkel von 120 oder 240 Grad gegeneinander gedreht sind.

Fig. 9 zeigt schematische Perspektivansichten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einfacher Darstellung und nach Art einer Explosionszeichnung. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Ring 2 mit Aufnahmen bzw. Lagern 7 für zylinderförmige Stützelemente 3. Die Aufnahmen bzw. Lager 7 sind als radial orientierte Nuten mit trapezförmigem Querschnitt ausgebildet. In einer alternativen, in Fig. 9 nicht gezeigten Ausführungsform der

Vorrichtung 1 ist eine Längsachse der Aufnahmen bzw. Lager 7 in einer zu der

AußenflächeAußenfläche des Rings 2 parallelen Ebene gegenüber der jeweils radialen Richtung um einen Winkel von bis zu 45 Grad gedreht. Vorzugsweise sind die

zylinderförmigen Stützelemente 3 aus einem hochtemperaturbeständigen Material, wie Grafit, kohlenstofffaserverstärktem Kohlenstoff (CFRC), oxidkeramischem

Faserverbundwerkstoff (OCMC) oder einem anderen keramischen Werkstoff gefertigt.

Fig. 10 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Ring 2 mit einer Aufnahme 7 für ein zylinderförmiges Stützelement 3 mit Außendurchmesser Ds. Die Aufnahme 7 ist als Nut mit einem Querschnitt in Gestalt eines gleichseitigen Dreiecks ausgebildet. Eine Grundseite des gleichseitigen Dreiecks hat eine Länge c und ein der Grundseite gegenüberliegender Spitzenwinkel y liegt im Bereich von 60° bis 120°

(60° < y < 120°). Die Aufnahme 7 ist derart gestaltet, dass ein in der Aufnahme 7 gelagertes Stützelement 3 über eine Stirnfläche 2' des Rings 2 hinausragt. Dementsprechend genügt die Länge c der Relation D _s · cos(y/2) < c < D _s · ooΐ(45°-g/4) .

Fig. 11 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Ring 2 mit einer Aufnahme 7 für ein zylinderförmiges Stützelement 3 mit Außendurch messer Ds. Die Aufnahme 7 ist als Nut mit einem Querschnitt in Gestalt eines symmterischen Trapez ausgebildet. Eine lange und kurze Grundseite des symmetrischen Trapez haben eine Länge a und respektive b. Ein von den Trapezschenkeln eingeschlossener Winkel e liegt im Bereich von 60° bis 120° (60° < e < 120°). Die Aufnahme 7 ist derart gestaltet, dass ein in der Aufnahme 7 gelagertes Stützelement 3 über eine Stirnfläche 2' des Rings 2 hinausragt. Dementsprechend genügen die Längen a und b den Relationen

D _s · cos(e/2) < a < D _s · cot(45°-e/4)

und respektive

0 < b < D _s · cot(45°+e/4) .

Die in der vorstehenden Beschreibung durch Ausführungsbeispiele näher illustrierte und erläuterte Erfindung ist durch die offenbarten Beispiele nicht eingeschränkt. Der Fachmann kann aus der Beschreibung eine Vielzahl zusätzlicher Variationen ableiten, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. In der Beschreibung beispielhaft offenbarte Ausführungsformen repräsentieren lediglich Beispiele, die in keiner Weise als Begrenzung des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die Beschreibung und die Figuren den Fachmann in die Lage, die Beispiele nachzuarbeiten. Hierbei kann der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen hinsichtlich Funktion, Gestaltung und

Anordnung einzelner Elemente der Beispiele vornehmen, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren, in der Beschreibung offenbarten rechtlichen Entsprechungen, definiert ist.

Beispiel 1

Es wurden 72 unbehandelte Getriebezahnräder aus Stahl mit einer Gestalt der in Fig. 5 gezeigten Art mit einem Zahnkranz mit 378 mm Kopfkreisdurchmesser, einem Flansch und einer Innenbohrung bereitgestellt. An jedem der Getriebezahnräder wurde gemäß DIN EN ISO 12181-1:2011-07 und DIN EN ISO 12181-2:2011-07 der Rundlauf (d.h. die kreisförmige radiale Lauftoleranz) am Kopfkreisdurchmesser (bzw. den äußeren Zahnflanken) und der Planlauf (d.h. die kreisförmige axiale Lauftoleranz) auf einer Stirnfläche des Zahnkranzes gemessen. Die Messungen wurden auf einer Zahnradinspektionsanlage des Typs 300 GMS P von Gleason durchgeführt. Nach der Messung wurden die Getriebezahnräder in einer Anlage des Typs ModulTherm ^® der Firma ALD bei 950 °C unter Niederdruck bei etwa 15 mbar aufgekohlt und anschließend mittels komprimiertem Stickstoff abgeschreckt. Die Dauer der thermochemischen

Behandlung mit den Verfahrensschritten Aufheizen, Aufkohlen, Diffusion und Abschrecken betrug 2 Stunden. 36 der 72 Getriebezahnräder waren über die gesamte Verfahrensdauer auf erfindungsgemäßen Vorrichtungen gelagert. Wie in Fig. 5 dargestellt, wurde der Flansch jedes der 36 Getriebezahnräder mittels eines mit kreisförmigen und radialen Stützstegen ausgerüsteten Grafitringes abgestützt, wobei der gesamte Zahnkranz in radialer Richtung frei schwebend über den Grafitring hinausragte.

Die übrigen 36 Getriebezahnräder wurden in herkömmlicher Weise direkt auf einem gitterförmigen Träger aus kohlenstofffaserverstärktem Kohlenstoff (CFRC) abgelegt.

Nach der thermochemischen Behandlung wurde der Rund- und Planlauf jedes der 72 Getriebezahnräder erneut gemessen. Die Mittelwerte der Messergebnisse nach der thermochemischen Behandlung sind in Tabelle 1 wiedergegeben.

Tabelle 1

Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass mit der erfindungsgemäßen Abstützung der radiale und axiale Verzug der 36 erfindungsgemäß abgestützten Getriebezahnräder und die damit verbundene Zunahme der Rundlauf- und Planlaufschwankung durch die thermochemische Behandlung um 26 % und respektive 44 % niedriger ist im Vergleich zu den 36 direkt auf dem Träger abgelegten Getriebezahnrädern.

Beispiel 2

Es wurden 214 unbehandelte Getriebezahnräder aus Stahl mit einer Gestalt der in Fig. 5 gezeigten Art mit einem Zahnkranz mit 378 mm Kopfkreisdurchmesser, einem Flansch und einer Innenbohrung bereitgestellt. An jedem der Getriebezahnräder wurde gemäß DIN EN ISO 12181-1:2011-07 und DIN EN ISO 12181-2:2011-07 der Rundlauf (d.h. die kreisförmige radiale Lauftoleranz) am Kopfkreisdurchmesser (bzw. den äußeren Zahnflanken) und der Planlauf (d.h. die kreisförmige axiale Lauftoleranz) auf einer Stirnfläche des Zahnkranzes gemessen. Die Messungen wurden auf einer Zahnradinspektionsanlage des Typs 300 GMS P von Gleason durchgeführt.

Nach der Messung wurden die Getriebezahnräder auf zwei Produktionschargen mit 108 und 106 Getriebezahnrädern aufgeteilt und jeweils in einer Anlage des Typs ModulTherm ^® der Firma ALD bei 950 °C unter Niederdruck bei etwa 15 mbar aufgekohlt und anschließend mittels komprimiertem Stickstoff abgeschreckt. Die Dauer der thermochemischen

Behandlung mit den Verfahrensschritten Aufheizen, Aufkohlen, Diffusion und Abschrecken betrug 2 Stunden.

In Tabelle 2 ist die Aufteilung der Getriebezahnräder auf die erste und zweite Produktions charge sowie die Konfiguration bzw. Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abstützung und/oder Abschirmung der Getriebezahnräder wiedergegeben.

Tabelle 2

108 Getriebezahnräder wurden in herkömmlicher Weise direkt auf einem gitterförmigen Träger aus kohlenstofffaserverstärktem Kohlenstoff (CFRC) abgelegt.

Bei 20 Getriebezahnräder wurde, wie in in Fig. 5 dargestellt, der Flansch durch einen Grafitring mit kreisförmigen und radialen Stützstegen abgestützt, wobei der gesamte Zahnkranz in radialer Richtung frei schwebend über den Grafitring hinausragte.

36 Getriebezahnräder wurden direkt auf einem gitterförmigen Träger abgelegt und auf der Oberseite jedes Getriebezahnrads ein Grafitring derart angeordnet, dass die Stützstege des Grafitrings nach unten, d.h. dem Getriebezahnrad zugewandt sind.

Bei 50 Getriebezahnrädern wurden jeweils zwei Grafitringe in Sandwich-Anordnung eingesetzt, wobei die Unterseite des Flansches eines Getriebezahnrads auf einem ersten Grafitring aufliegt und auf der Oberseite des Flansches ein zweiter Grafitring angeordnet ist. Nach der thermochemischen Behandlung wurde an jedem der 214 Getriebezahnräder der Rund- und Planlauf erneut gemessen und von dem erhalteten Messergebnis der jeweilige Ausgangswert subtrahiert. Die durch die thermochemische Behandlung verursachte

Zunahme des Rund- und Planlaufs ist in Tabelle 3 wiedergegeben.

Tabelle 3

Bezugszeichenliste

1, . Vorrichtung zur Abstützung oder Abschirmung

2 . Scheibe oder Ring

2' . Stirnfläche der Scheibe oder des Rings 2

2A . erste Stirnseite / Außenfläche der Vorrichtung 1, 1'

2B . zweite Stirnseite der Vorrichtung 1,

3 . Stützelement

3A . Stützfläche eines Stützelements 3

4 . Stützebene

5 . kreisförmige Ausnehmung / Nut

6 . radiale Ausnehmung / Nut

7 . Aufnahme für Stützelement 3

10 . Zahnrad

11 . Zahnkranz

12 . Flansch

20 . Träger

30 . Ausnehmung / Nut 30A Nutachse / Schneidachse / Fräsachse

T . Abstand zwischen erster Stirnseite 2A und Stützebene 4

Di . innerer Durchmesser des Rings 2

D _a . Durchmesser des Hüllkreises der Scheibe oder des Rings 2

D ₂ . Außendurchmesser des Flansches 12

DH . Höhenunterschied zwischen Zahnkranz 11 und Flansch 12

Ds . Durchmesser zylinderförmiger Stützelemente 3

c . Grundseite eines dreieckförmigen Querschnitts einer Aufnahme 7 g . Spitzenwinkel eines dreieckförmigen Querschnitts einer Aufnahme 7 a . lange Grundseite eines trapezförmigen Querschnitts einer Aufnahme 7 b . kurze Grundseite eines trapezförmigen Querschnitts einer Aufnahme 7 e . Spitzenwinkel eines trapezförmigen Querschnitts einer Aufnahme 7