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Dokumentenidentifikation DE19547690C2 18.12.1997
Titel Verfahren zur thermischen Behandlung eines plastisch verformbaren Werkstückes und Vorrichtung für eine solche thermische Behandlung
Anmelder Geyer Medizin- und Fertigungstechnik GmbH, 10961 Berlin, DE
Erfinder Rubbert, Rüdger, Dipl.-Ing., 12101 Berlin, DE;
Riemeier, Friedrich, 10961 Berlin, DE
Vertreter Dr. Weber, Dipl.-Phys. Seiffert, Dr. Lieke, 65189 Wiesbaden
DE-Anmeldedatum 20.12.1995
DE-Aktenzeichen 19547690
Offenlegungstag 26.06.1997
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 18.12.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.12.1997
IPC-Hauptklasse C21D 1/00

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung eines plastisch verformbaren Werkstückes, bei dem das Werkstück bei einer ersten Temperatur plastisch verformt, in dieser Form mechanisch mittels Formschluß fixiert und auf eine zweite Temperatur gebracht und wenigstens teilweise einer thermischen Behandlung unterzogen wird, wonach das Werkstück entnommen wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung für eine solche thermische Behandlung.

Unter thermische Behandlung versteht man eine Behandlung durch Wärme- und/oder Kälteinfluß, bei der ein Werkstück für einen bestimmten Zeitraum gezielt Temperaturen ausgesetzt wird, um Werkstückeigenschaften zu beeinflussen.

Es ist bekannt, Werkstücke einer Wärmebehandlung zu unterziehen, um bestimmte Werkstoffeigenschaften zu beeinflussen. Einfach ausgestaltete Werkstücke werden durch formschlüssig angepaßte Vorrichtungen während der Wärmebehandlung derart eingespannt, daß sich die globale Form des Werkstückes während der Wärmebehandlung nur unwesentlich ändert. Dabei ist die thermisch bedingte Volumenänderung des Werkstückes nicht zu verhindern. Der Nachteil dieser formschlüssig angepaßten Vorrichtungen besteht darin, daß die Kontur des Werkstückes in die Spannvorrichtung eingearbeitet werden muß. Bei komplexer Kontur ist das teilweise nicht oder kaum möglich, oder der hierfür zu treibende Aufwand ist unverhältnismäßig hoch.

Aus der DE 31 25 992 C2 sind bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln eines plastisch verformbaren Werkstückes bekannt, bei welchem das Werkstück mittels Formschluß fixiert wird. Dabei werden zur Fixierung Stege verwendet, die zwar an sich schüttfähig sind, zur Fixierung aber nicht geschüttet werden. Außerdem handelt es sich hier um ein Verfahren zum Einsatzhärten unter Verwendung eines Stützkörpers für die Innenbohrung von Zahnkränzen aus Stahl. Eine massive, kreisförmige Scheibe aus austenitischem Werkstoff entspricht dabei der Breite eines zu härtenden Zahnkranzes, der auf die Kreisscheibe aufgezogen wird. Wenn der Zahnkranz zusammen mit dem kreisscheibenförmigen Stützkörper abgekühlt wird, können dadurch Schrumpfspannungen begrenzt werden, weil der Stützkörper aus Stahl einen größere Wärmedehnungskoeffizienten als der Zahnkranz hat. Am Ende der Abkühlung des Zahnkranzes hat der Stützkörper dann einen kleineren Durchmesser als zu Beginn des Abkühlens. Mit dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung wird die Gefahr des Aufbaues übermäßiger Schrumpfspannungen im Zahnkranz herabgesetzt.

Man hat auch schon versucht, Werkstücke dadurch zu fixieren, daß man sie in abbindende, vernetzende oder aushärtende Materialien einbettet, wie z. B. Gips. Das Entformen des Werkstückes nach der Wärmebehandlung ist dabei aber sehr nachteilig, denn abgesehen von der erheblichen Verschmutzung beim Abklopfen von Gips besteht die Gefahr der Verformung und Beschädigung des Werkstückes. Nachteilig ist außerdem der hohe Zeitaufwand für das Einbetten und Entformen. In der Regel muß für jede Einbettung neues Einbettungsmaterial verwendet werden.

Auch das Erwärmen bereitet bei den herkömmlichen Wärmebehandlungsverfahren und -vorrichtungen Schwierigkeiten, die insbesondere in einer ungenauen Temperaturführung bestehen. Dies gilt sowohl beim Erwärmen der Werkstücke durch Öfen wie auch beim Widerstandheizen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das Verfahren und die Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines plastisch verformbaren Werkstückes der eingangs genannten Art zu schaffen, um mit vertretbarem Aufwand auch Werkstücke komplexer Gestaltung, insbesondere filigrane Werkstücke, entlang ihrer gesamten Kontur bzw. Oberfläche oder alternativ auf Teilbereichen der Oberfläche fortlaufend formschlüssig einzufassen, um sie dadurch zu spannen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, daß die mechanische Fixierung mittels Formschluß durch Einbetten des Werkstückes in ein dicht gepacktes, in einem Behälter befindliches, körniges Einbettungsmaterial erfolgt, wobei das Einbettungsmaterial verspannt wird. Durch dieses Verspannen in einem körnigen Einbettungsmaterial, in welchem das Werkstück wenigstens auf denjenigen Bereichen, welche formschlüssig fixiert werden sollen, vollständig umhüllt eingebettet ist, wird es erstmals möglich, Werkstücke mit einer individuellen und sehr komplexen Gestaltung während der erwünschten Phase einer Temperaturbehandlung wirklich mechanisch fixiert zu halten. Gerade bei filigranen Werkstücken paßt sich das körnige Einbettungsmaterial sehr genau an die jeweils individuelle Gestaltung der Werkstückoberfläche an. Dadurch wird mit Vorteil eine aus der Temperatureinwirkung während der thermischen Behandlung resultierende Änderung der Form des Werkstückes verhindert. Es ist nicht notwendig, spezielle Spannvorrichtungen zu bauen, die an eine individuell gestaltete Oberfläche eines Werkstückes angepaßt sind. Das Einbettungsmaterial ist vielmehr körnig, z. B. ein schüttfähiges und/oder viskoses Material, welches sich jeder individuellen Oberflächengestaltung eines Werkstückes anpassen kann, ohne daß aufwendige Maßnahmen getroffen werden müssen. Das körnige Einbettungsmaterial braucht nicht und soll auch nicht abbinden, vernetzen oder aushärten, sondern kann mit Vorteil nach der Benutzung für andere Formen wiederverwendet werden. Das Einbettungsmaterial kann sehr einfach von dem Werkstück abgenommen werden. Man braucht das Werkstück nur zu ergreifen und aus dem körnigen Einbettungsmaterial herauszuziehen.

Zweckmäßig ist es gemäß der Erfindung, wenn die thermische Behandlung des Werkstückes in dem körnigen Einbettungsmaterial erfolgt und vorzugsweise die Temperatur oder eine davon abhängige physikalische Größe während der Temperaturveränderung gemessen wird. Das Werkstück kann sowohl der gewünschten thermischen Behandlung unterzogen als auch die Temperatur des Werkstückes gemessen werden, während das Werkstück mehr oder weniger vollständig vom Einbettungsmaterial umgeben ist. Das Einbettungsmaterial wird während der thermischen Behandlung in dem Behälter verspannt gehalten. Es setzt durch seine innere Verspannung einer Verformung des Werkstückes den gewünschten Widerstand entgegen mit der Folge einer einwandfreien mechanischen Fixierung des Werkstückes, selbst wenn es eine äußerst komplexe Kontur und äußere Gestalt hat. Das Fixieren ist also von der Gestalt des Werkstückes unabhängig, so daß mit dem neuen Verfahren Werkstücke beliebiger Gestalt behandelt werden können.

Wenn von einer thermischen Behandlung gesprochen ist, die wenigstens teilweise erfolgt, dann versteht man darunter eine Behandlung des Werkstückes entweder insgesamt oder partiell. Es können Teile des Werkstückes der thermischen Behandlung unterzogen werden und andere nicht, und in jedem Falle ergibt sich durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen der Vorteil, daß bei der thermischen Behandlung eine Verformung des Werkstückes verhindert wird. Dies gilt für alle Behandlungsmethoden, welche der Fachmann üblicherweise einsetzt.

Auch wenn eine thermische Behandlung eine Kältebehandlung umfaßt, wird doch zum leichteren Verständnis der Erfindung im folgenden auf eine Wärmebehandlung Bezug genommen.

Mit einem Temperatursensor wird zweckmäßigerweise während der Wärmebehandlung die Temperatur des Werkstückes gemessen. Dieses Signal kann zu einer Regeleinrichtung geführt werden, mit deren Hilfe z. B. mittels mindestens eines Regelkreises durch einen Soll-/Ist-Vergleich bezüglich der Temperatur die Wärmebehandlung exakt geführt werden kann. Anstelle der direkt gemessenen Temperatur kann man auch eine von der Temperatur abhängige elektrische Kenngröße des Werkstückes auf direktem Weg elektrisch messen und dann wiederum in der zuvor beschriebenen Weise die Temperatur für die Wärmebehandlung exakt führen. In diesem Zusammenhang ist denkbar, daß die Temperarturregelung durch einen Microcontroller erfolgt, weicher die jeweils durch den Sensor gemessenen lst-Temperaturwerte mit den Soll-Temperaturwerten vergleicht, und unterschiedliche Temperaturen und Temperaturgänge werden vorzugsweise an einer Bedieneinheit gewählt und eingestellt. Die Regeleinheit steuert z. B. eine Stromquelle, mit deren Hilfe das Werkstück durch elektrischen Widerstand in gewünschter Weise erwärmt wird.

Die Erwärmung des Werkstückes auf elektrischem Wege erfolgt vorzugsweise bei elektrisch leitendem Werkstück, das entsprechend kontaktiert und dadurch erwärmt wird, daß durch eine steuerbare Stromquelle Strom durch das Werkstück geführt wird und dieses über den Widerstand heizt.

Anstelle der direkten Temperaturmessung kann im Falle der elektrischen Erwärmung des Werkstückes der wirksame Strom über den Spannungsabfall an einem Längswiderstand gemessen werden. Außer dem Strom kann in diesem Falle der Spannungsabfall am Werkstück über eine parallele Kontaktierung gemessen werden. Aus den Meßdaten in einer Auswerteeinheit wird dann der jeweilige Widerstand errechnet, und aus der Widerstandsänderung im Verlauf der Bestromung des Werkstückes über den Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes wird die Temperatur errechnet. Auch in diesem Falle vergleicht man diese Information über die Regeleinheit mit dem Temperatur-Soll-Wert, und der Regler steuert die Stromquelle entsprechend an.

Es kann erfindungsgemäß vorteilhaft sein, den zeitlichen Verlauf der gewünschten Temperaturwerte der Regeleinheit als Soll-Wert-Kurve vorzugeben. Es ist erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, kaskadierte Regelkreise für Strom und Temperatur zum Einsatz zu bringen. Es ist möglich, die Meß- und Auswerteeinheit und die Regeleinheit in analoger, digitaler oder gemischter Technik aufzubauen. Es ist erfindungsgemäß vorteilhaft, mindestens einen Microcontroller für Messung, Auswertung und Regelung einzusetzen.

Außer der Erwärmung des Werkstückes durch Strahlung, also vermittels Mikroweilen, über optische Bestrahlung (z. B. Laser oder Infrarotlicht), gelingt die Beheizung des Werkstückes elektrisch sehr günstig auch auf induktivem Weg. Für den Fall der Konvektion kann man mit Vorteil Heißluft verwenden.

Gemäß der Erfindung können verschiedene Temperatursensoren zum Einsatz kommen, z. B. NTC-, PTC-Widerstände und Halbleiter, PT100- und Infrarot-Sensoren.

Günstig ist es gemäß der Erfindung, wenn die Größe der Teilchen des körnigen Einbettungsmaterials etwa das halbe, mechanisch fixiert zu halternde Maß des Werkstückes nicht übersteigt. Will man z. B. einen Flachdraht einer Dicke von 1 mm über eine vorgegebene Strecke exakt eben halten, dann sollte bei einem solchen Werkstück die Teilchengröße 1/2 mm nicht übersteigen. Die Teilchengröße des Einbettungsmaterials wird zweckmäßigerweise auf das kleinste relevante Abmaß des Werkstückes bezogen. Es bereitet keine Schwierigkeit, verschiedene Einbettungsmaterialien auf Lager zu halten, wobei die Materialteilchen nach unterschiedlichen Größen klassifiziert sind. Es hat sich gezeigt, daß sich die Werkstücke mit Einbettungsmaterialien solcher Teilchengröße optimal fest verspannen und damit exakt mechanisch fixieren lassen.

Als Einbettungsmaterialien wird erfindungsgemäß an pulverförmige oder körnige Materialien gedacht, wobei nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfindungsgemäß Quarzsand oder ein anderes körniges Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit als Einbettungsmaterial verwendet wird. Dabei ist es ferner möglich, als Einbettungsmaterial Kugeln aus Glas, Keramik oder Porzellan zu verwenden. Eine solche Einbettungsmasse ist elektrisch nicht leitend und kann daher gut für die Widerstandsheizung usw. verwendet werden.

Auch die kontrollierte Wärmeleitung einer solchen Kugelmasse hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn während der Wärmebehandlung die Temperaturführung mittels mindestens eines Regelkreises durch den oben beschriebenen Soll-/Ist-Vergleich erfolgt.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung durch Erwärmung stattfindet und das Werkstück in dem körnigen Einbettungsmaterial durch Konvektion oder Strahlung oder elektrisch erwärmt wird.

Bei weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Werkstück eine Gedächtnisformiegierung auf, und durch die Wärmebehandlung wird eine vorgegebene Gestalt in das Werkstück einprogrammiert. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders günstig in der Kieferorthopädie anwenden. Hier werden z. B. für die Zahnstellungskorrektur Drahtbögen benötigt, in die häufig eine Vielzahl von patientenspezifischen Biegungen und Torsionen eingebracht werden. Es kommen unter anderem Werkstoffe zum Einsatz, bei denen nach der Formgebung eine Wärmebehandlung notwendig oder zweckdienlich ist. Im Verlauf der Wärmebehandlung kann es zu unerwünschten Rückstellungen und weiteren Verformungen kommen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können solche Verformungen vermieden werden. Dadurch ist es bei einigen Werkstoffen aufgrund deren speziellen Eigenschaften möglich, im weiteren Verlauf der Wärmebehandlung den Drähten die gewünschte, eingespannte Form einzuprogrammieren und sozusagen aufzuprägen.

Spezielle Werkstoffe, z. B. supereiastische Materialien wie Nickel-Titan, Beta-Titan, verfügen über eine pseudo-duktile Werkstoffphase; d. h. es ist eine bleibende Kaltumformung des Werkstoffes möglich, wobei jedoch mit Erwärmung ein Rückstellungsvermögen in Richtung der ursprünglichen - vor der Kaltumformung vorhandenen - Werkstückgestalt wirksam wird. Dieser Effekt, bei dem plastisch verformte Werkstücke nach Erwärmung die ursprüngliche Form annehmen, wird auch "memory-Effekt" genannt. Spannt man nun unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Werkstücke in ihrer neuen Form vor und während der Wärmebehandlung ein, verhindert man also die "memory"-Rückstellung des Werkstoffes und erwärmt das Material darüber hinaus auf die hierfür erforderliche Temperatur, dann nimmt das Werkstück die neue Form an, d. h. das Rückstellvermögen in Richtung der alten Form kommt zum Erliegen. Nach der Abkühlung ist der Werkstoff wieder hocheiastisch und verfügt bei neuer Kaltverformung über ein "Erinnerungsvermögen" an die durch die Wärmebehandlung einprogrammierte Form.

Aufgrund des durch die hochelastischen Eigenschaften bedingten großen elastischen Arbeitsbereiches bei kleinen Kräften kommen derartige Drahtmaterialien bei der Zahnstellungskorrektur zum Einsatz. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Aufwand gegenüber den herkömmlichen Versuchen drastisch verringert, und doch ist die erzielbare Genauigkeit überraschend groß, denn die komplexe Drahtkontur kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Maßnahmen vollständig eingefaßt und mechanisch fixiert werden. Unabhängig vom Geschick des Benutzers ist damit erstmals eine optimale und praktisch ausgesprochen gut handhabbare Wärmebehandlung auch filigraner Werkstücke möglich, weil diese entlang ihrer gesamten Kontur oder entlang den Oberflächen der gewünschten Abschnitte formschlüssig eingefaßt und gespannt gehalten werden können.

Die Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines plastisch verformbaren Werkstückes der eingangs genannten Art löst die Aufgabe gemäß der Erfindung durch die Merkmale, daß ein mit körnigem Einbettungsmaterial füllbarer Behälter auf wenigstens einer Seite einen Druckstößel aufweist, der relativ zum Einbettungsmaterial bewegbar angetrieben und vorzugsweise mit Arretiermitteln versehen ist den Druckstößel kann man unterschiedlich ausgestalten, sofern er nur unter Vergrößerung oder Verkleinerung des Behältervolumens relativ zum Einbettungsmaterial bewegbar ist. Füllt man den Behälter beispielsweise im unteren Bereich mit dem körnigen Einbettungsmaterial, legt man dann das Werkstück ein und füllt man danach den Behälter mit dem körnigen Einbettungsmaterial soweit auf, daß gewünschtenfalls das Werkstück vollständig in das Einbettungsmaterial eingetaucht ist bzw. dann von diesem umgeben ist, dann erreicht man eine kugeldichte Packung des Einbettungsmaterials bzw. eine Verspannung durch Einfahren des oder der Druckstößel. Etwaige materialfreie Räume im Behältervolumen werden dann gefüllt. Danach ist das Einbettungsmaterial und das eingelegte Werkstück verspannt. Hält man den Druckstößel in dieser Endposition fest, dann verbleibt das Werkstück über die gesamte Wärmebehandlung in dieser verspannten und damit mechanisch exakt fixierten Lage. Es ist zweckmäßig, wenn bei einer bevorzugten Ausführungsform der Durchmesser von Glasperlen als schüttfähiges Einbettungsmaterial weniger als 500 Mikrometer beträgt. Solche Einbettungsmaterialien eignen sich auch für die Kieferorthopädie und die vorstehend in diesem Zusammenhang beschriebenen Beispiele. Selbst eine filigrane Gestalt eines Drahtbogens wird durch das unter Druck stehende Einbettungsmaterial an einer Lageveränderung und Verformung während der Wärmebehandlung gehindert. Auf diese Weise kann man einem Werkstück eine vorgegebene Gestalt aufprägen oder die Gestalt in das Werkstück einspeichern.

Bei einer besonderen Ausführungsform nach der Erfindung ist der Druckstößel als Druckplatte ausgebildet, weiche durch Federn gegen eine Spindelplatte vorgespannt ist, und die Spindelplatte ist durch eine Spindel in einer Spindeimutter antreibbar. Dies ist zwar eine einfache, aber sehr effektive Vorrichtung, die sehr fein von Hand oder durch Elektroantrieb einstellbar ist. Die gewünschten Werte sind hervorragend reproduzierbar, und die Temperatur kann exakt nach einer Soll-Kurve geführt werden.

Man kann bei weiterer Ausgestaltung gemäß der Erfindung einen Temperatursensor mit dem Werkstück verbinden und dafür sorgen, daß der Temperatursensor mit einer Regeleinheit verbunden ist.

Es ist auch günstig, wenn gemäß der Erfindung bei elektrisch leitendem Werkstück Kontaktelemente und gegebenenfalls ein Temperatursensor mit dem Werkstück verbindbar und über elektrische Leitungen mit einer Stromquelle und gegebenenfalls einer Regeleinheit verbunden sind. Eine solche Vorrichtung erlaubt die zuverlässige Durchführung zahlreicher Behandlungsvorgänge, und es sind immer wieder dieselben Parameter einstellbar.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Wärmebehandlungsvorrichtung nach der Erfindung, teilweise schematisiert und

Fig. 2 eine Schnittansicht durch die Vorrichtung der Fig. 1 entlang der Unie A-A&min;.

In einem kastenförmigen Behälter 1, der oben offen ist, kann ein Werkstück 2 in einem Einbettungsmaterial 3 so untergebracht werden, daß der Behälter 1 etwa zu 2/3 gefüllt ist von der offenen Seite des kastenförmigen, druckfesten Behälters 1 kann über einen Druckstempel Druck auf das Einbettungsmaterial 3 ausgeübt werden. Dies geschieht bei der hier beschriebenen Ausführungsform in folgender Weise.

Bei 17 ist der Behälter 1 mit einem Ausleger 9 verbunden, der sich seitlich von dem Behälter 1 vertikal nach oben erstreckt und dort L-förmig in die Horizontale abgewinkelt ist, um eine Spindelmutter 18 zu bilden. Durch diese wird eine Spindel 7 geführt, welche an ihrem vertikal oberen Ende mit einem Antriebselement 10 in Gestalt einer Querstange mit an den Enden befestigten Kugeln ausgebildet ist. Die Spindel 7 ragt von oben in den oben offenen Behälter 1 nach unten in einen als Spindelplatte ausgestalteten Stößel 6, weicher etwa die Größe des Behälters 1 an seiner offenen Seite oben hat. Die Spindel 7 ist mit Hilfe eines Drucklagers 8 mit der Spindelplatte 6 verbunden. Dieses und damit der Druckangriffspunkt der Spindel 7 befinden sich in der Mitte der Spindeiplatte 6, so daß diese vertikal in Richtung auf das innere des druckfesten Behälters 1 hinein bzw. aus diesem heraus bewegt werden kann.

In Abstand unter dem als Spindelplatte 6 ausgebildeten Stößel befindet sich eine Druckplatte 4 gleicher Größe wie die Spindelplatte 6. Beide Platten 4, 6 sind über Schrauben 19 derart miteinander verbunden, daß die Druckplatte 4 in vertikaler Richtung relativ zur Spindelplatte 6 nach oben und unten bewegt werden kann. Der Kopf der jeweiligen Schraube 19 fährt gegen das untere Ende einer Ausnehmung 20 in der Spindeiplatte 6 und gibt dadurch den maximalen Weg der Bewegung der Druckplatte 4 in Richtung auf den Boden des Behälters 1 hin vor. Jede Schraube 19 ist von einer Feder 5 umgeben, die sich in weiteren, nicht näher bezeichneten Ausnehmungen in der Druckplatte 4 und der Spindelplatte 6 befinden. Es handelt sich hier um Druckfedern 5, welche die Druckplatte 4 in Richtung nach unten auf das Einbettungsmaterial 3 hin federnd vorgespannt halten. Im Rahmen der Verschiebbarkeit der Druckplatte 4 relativ zur Spindelplatte 6 kompensieren die Druckfedern Volumenvergrößerungen der im Behälter 1 befindlichen Gegenstände, z. B. des Werkstückes 2.

Bei der hier gezeigten Ausführungsform handelt es sich bei dem Einbettungsmaterial 3 um Glasperlen einer Größe von weniger als 500 µm. Das etwa halbkreisförmig dargestellte Werkstück 2 ist z. B. ein Drahtbogen, der für die Kieferorthopädie bearbeitet werden soll. Die Enden des Werkstückes 2 sind mit Hilfe von Kontaktelementen 11 und 11&min; über elektrische Leitungen 12 mit einer Stromquelle 13 verbunden. Etwa auf halber Länge zwischen dem Anfang und dem Ende des länglich ausgestalteten Werkstückes 2 ist ein Temperatursensor 14 am Werkstück 2 angebracht, der Ober elektrische Leitungen 21 mit einer Regeleinheit 15 mit Microprozessor, z. B. Microcontroller, verbunden ist. Diese Regeleinheit 15 ist ihrerseits auch über Leitung 22 mit der Stromquelle 13 verbunden. Schließlich ist diese Regeleinheit 15 über eine weitere Leitung 23 mit einer Bedieneinheit 16 verbunden.

Wenn ein plastisch verformbares Werkstück 2 in Form eines U-geformten Drahtes einer Wärmebehandlung so unterzogen werden soll, daß das gesamte Werkstück 2 von Zimmertemperatur auf eine höhere Temperatur von z. B. 180°C erwärmt und danach wieder abgekühlt werden soll, ohne daß sich die kalt eingeprägte, filigrane Gestaltung des Werkstückes 2 durch die Erwärmung verändert, wird in folgender Weise vorgegangen. Die Spindel 7 befindet sich vor Behandlungsbeginn in ihrer oberen Position derart, daß der Behälter 1 oben offen und auch von oben zugänglich ist. Die Druckplatte 4 und die Stößelplatte 6 befinden sich also oberhalb des Behälters 1 im Abstand von seiner Oberkante. Nun wird der Boden des Behälters 1 mit einer Schicht des Einbettungsmateriales 3, d. h. mit einer Schicht aus Glasperlen mit einem Durchmesser von etwa 500 µm bedeckt. Auf diese Schicht wird das Werkstück 2 aufgelegt, nachdem an seinen Enden das linke Kontaktelement 11 und das rechte Kontaktelement 11&min; sowie etwa in der Mitte dazwischen der Temperatursensor 14 durch Klemmung befestigt worden sind.

Der Behälter 1 wird danach mit weiteren Glasperlen aufgefüllt, bis sowohl das Werkstück 2, die Kontaktelemente 11, 11&min;, der Temperatursensor 14 und auch die Kabelenden (z. B. der Kabel 12 und 21) sowie die Kabeldurchführungen 24 bedeckt sind.

Die Spindei 7 wird durch Betätigung des Antriebselementes 10 so heruntergedreht, daß die Druckplatte 4 flächig auf den Glasperlen 3 zu liegen gekommen ist. Damit ist das Einbettungsmaterial 3 von dem Behälter 1 mit Druckplatte 4 allseitig eingefaßt. Man gibt etwas Druck auf das Einbettungsmaterial 3 bis zu einem vorbestimmten Drehmoment am Antriebselement 10, so daß die Glasperlen mit dem eingebetteten Werkstück 2 so fest verspannt sind, daß das Werkstück 2 keine Bewegung mehr ausführen kann.

Durch Betätigen eines nicht gezeigten Bedienelementes an der Bedieneinheit 16 wird die Regeleinheit 15 so eingesteuert, daß die Stromquelle Strom durch das Werkstück 2 z. B. von dem Kontaktelement 11&min; über das Kontaktelement 11 durch das Werkstück 2 fließen läßt. In diesem Falle wird durch den Widerstand des metallenen Werkstückes 2 dessen Temperatur erhöht. Der Verlauf der Temperatur wird über den Sensor 14 erfaßt und kann dargestellt werden, wenn dies erwünscht ist. Die Regeleinheit 15 überwacht und steuert den Stromfluß, der von der Stromquelle 13 ausgeht (bzw. zu ihr zurückfließt) derart, daß die Wärmebehandlung durch Temperaturerhöhung, -erniedrigung, gegebenenfalls nochmalige Erhöhung usw. nach einer vorgegebenen Kurve durchgeführt wird. Ein optisches oder akustisches Signal zeigt den Abschluß der Wärmebehandlung an.

Danach wird die Spindel 7 in die andere Richtung vertikal nach oben gedreht, bis der Behälter 1 wieder von oben zugänglich ist. Man braucht nun die Glasperlen als Einbettungsmaterial 3 nur auszuschütten, das Werkstück 2 von den Kontaktelementen 11, 11&min; und dem Temperatursensor 14 zu lösen und herauszunehmen. Die nächste Wärmebehandlung kann in gleicher oder anderer Welse anschließend durchgeführt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur thermischen Behandlung eines plastisch verformbaren Werkstückes (2), bei dem das Werkstück (2) bei einer ersten Temperatur plastisch verformt, in dieser Form mechanisch mittels Formschluß fixiert und auf eine zweite Temperatur gebracht und wenigstens teilweise einer thermischen Behandlung unterzogen wird, wonach das Werkstück (2) entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Fixierung mittels Formschluß durch Einbetten des Werkstückes (2) in ein dichtgepacktes, In einem Behälter (1) befindliches, körniges Einbettungsmaterial (3) erfolgt, wobei das Einbettungsmaterial (3) verspannt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung des Werkstückes (2) in dem körnigen Einbettungsmaterial (3) erfolgt und vorzugsweise die Temperatur oder eine davon abhängige physikalische Größe während der Temperaturveränderung gemessen wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Teilchen des körnigen Einbettungsmaterials (3) etwa das halbe, mechanisch fixiert zu haltende Maß des Werkstückes (2) nicht übersteigt.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Einbettungsmaterial (3) Quarzsand oder ein anderes körniges Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit verwendet wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als ein Einbettungsmaterial Kugeln aus Glas, Keramik oder Porzellan verwendet wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß während der thermischen Behandlung die Temperaturführung mittels mindestens eines Regelkreises durch einen Soll-/Ist-Vergleich erfolgt.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung durch Erwärmung stattfindet und das Werkstück (2) in dem körnigen Einbettungsmaterial (3) durch Konvektion oder Strahlung oder elektrisch erwärmt wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (2) eine Gedächtnisformlegierung aufweist und durch die Wärmebehandlung eine vorgegebene Gestalt in das Werkstück (2) einprogrammiert wird.
  9. 9. Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines plastisch verformbaren Werkstückes (2), bei dem das Werkstück (2) bei einer ersten Temperatur plastisch verformt, in dieser Form mechanisch mittels Formschluß fixiert und auf eine zweite Temperatur gebracht und wenigstens teilweise einer thermischen Behandlung unterzogen wird, wonach das Werkstück (2) entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit körnigem Einbettungsmaterial (3) füllbarer Behälter (1) auf wenigstens einer Seite einen Druckstößel (4, 6) aufweist, der relativ zum Einbettungsmaterial (3) bewegbar angetrieben ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckstößel (4, 6) mit Arretiermitteln (6, 7, 9) versehen ist.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckstößel (4) als Druckplatte ausgebildet ist, welche durch Federn (5) gegen eine Spindelplatte (6) vorgespannt ist, und daß die Spindelplatte (6) durch eine in einer Spindelmutter (9) drehbare Spindel (18) antreibbar ist.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatursensor (14) mit dem Werkstück (2) verbindbar und mit einer Regeleinheit (15) verbunden ist.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei elektrisch leitendem Werkstück (2) Kontaktelemente (11, 11&min;) und gegebenenfalls ein Temperatursensor (14) mit dem Werkstück (2) verbindbar und über elektrische Leitungen (12) mit einer Stromquelle (13) und gegebenenfalls einer Regeleinheit (15) verbunden sind.






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