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DE3111218A1 - Ofen zur waermebehandlung von bohrern - Google Patents

Ofen zur waermebehandlung von bohrern

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Publication number
DE3111218A1
DE3111218A1 DE19813111218 DE3111218A DE3111218A1 DE 3111218 A1 DE3111218 A1 DE 3111218A1 DE 19813111218 DE19813111218 DE 19813111218 DE 3111218 A DE3111218 A DE 3111218A DE 3111218 A1 DE3111218 A1 DE 3111218A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cooling
oven
furnace
oven according
quenching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19813111218
Other languages
English (en)
Inventor
Franz Bless
Dietmar 4242 Rees Lange
Ferdinand Berg en Dal Limque
Cornelis Hendrikus Nimwegen Luiten
Reinhard 4190 Kleve Neubauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LIMQUE FERDINAND 4190 KLEVE DE
Original Assignee
Ipsen International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ipsen International GmbH filed Critical Ipsen International GmbH
Priority to DE19813111218 priority Critical patent/DE3111218A1/de
Priority to US06/355,782 priority patent/US4441698A/en
Priority to GB8207663A priority patent/GB2095383A/en
Priority to ES510575A priority patent/ES8303535A1/es
Priority to FR8204715A priority patent/FR2502180A1/fr
Priority to IT20299/82A priority patent/IT1150729B/it
Publication of DE3111218A1 publication Critical patent/DE3111218A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/14—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment
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    • F27B9/202—Conveyor mechanisms therefor
    • F27B9/205—Conveyor mechanisms therefor having excentrics or lever arms
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
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Description

.:.. .:. \.:\.:'\.: .PATENTANWÄLTE
U DIPL.-ING. ALEX STENG E R
Kaiser-Friedrich-Ring 70 T DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE
D-4000 DÜSSELDORF 11 DIPL.-ING. HEINZ J. RING
UmerZeidien: 22 141 Datum: 20. Mär Z I98I
Ipsen Industries International Gesellschaft mit beschränkter Haftung, Flutstr. 42, 4190 Kleve 1
Ofen zur Wärmebehandlung von Bohrern
Die Erfindung betrifft einen Ofen zur partiellen Wärmebehandlung von Bohrern und dgl. einen Einspannbereich und einen Arbeitsbereich aufweisenden Werkzeugen, bei denen allein dem Arbeitsbereich durch die Wärmebehandlung veränderte Eigenschaften, insbesondere Härte gebbar sind.
Bohrer, Reibahlen, Präser, Gewindeschneider, Schneideisen und ähnliche Werkzeuge bestehen aus einem Einsteckende zum Verbinden mit den Werkzeugmaschinen-Futtern (Einspannbereich) und den Wendeln oder Schneiden (Arbeitsbereich), mit denen die Bearbeitungsvorgänge durchgeführt werden. Einspannbereich und Arbeitsbereich der Werkzeuge weisen verschiedene Eigenschaften, insbesondere unterschiedliche Härten auf. Zur Erzielung einer ausreichenden Standfestigkeit der Werkzeuge, insbesondere Bohrer, / ist es erforderlich, den Arbeitsbereich einer spezifischen Wäroie-. behandlung zu unterziehen, wobei vermieden werden muß, gleichzeitig auch die Materialeigenschaften des Einspannbereichs entsprechend zu verändern. Eine derartige partielle Wärmebehandlung von Bohrern wird bisher durch Salzbadhärtung durchgeführt. Dazu werden die Bohrer einzeln an Drähten oder in Gestellen mit ihrem Einspannbereich aufgehängt und allein mit ihrem Arbeitsbereich in das Salzbad eingetaucht. Diese Wärmebehandlung ist vom Zeit-, Personal- und Kostenaufwand nachteilig. Insbesondere läßt sich mit diesem Verfahren auch ein Vakuumhärten beispielsweise in Einkammer-Vakuumöfen mit Druckgas-Abschreckeinrichtung nicht durch-' führen.
Telefon (0211) 572131 · Telex: «5 H «2» · T»Iejr*mm«dre·«: Rheinpatent ■ Postscheckkonto Käln (BLZ 370100 SO) 227610 - 503
-Z-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ofen zur partiellen Wärmebehandlung von Bohrern und dgl. Werkzeugen aller Größen, insbesondere auch großer Bohrer von mehr als 10 mm Durchmesser oder kleiner Bohrer in großen Chargenmengen zu entwickeln, mit dem hohe Durchsätze in einfacher Weise erzielbar sind, wobei sichergestellt ist, daß bei alleiniger Härtung des Arbeitsbereichs die Werkstoffeigenschaften des Einspannbereichs unverändert bleiben.
Vor allem soll es auch möglich werden, große Bohrer im Atmosphärenofen oder Vakuumofen mit Gasabschreckung partiell zu härten.
Die Aufgabe ist erfindungägemäß dadurch gelöst, daß der Einspannbereich der Werkzeuge im Ofen während der Heiz- und Abschreckbehandlung auf im wesentlichen gleichem Temperaturniveau in einer Werkzeugaufnahme gehalten ist und daß der Arbeitsbereich der Werkzeuge frei der Aufheizung und der Abschreckung ausgesetzt ist. Vorzugsweise besteht dabei die Werkzeugaufnahme aus einer plattenförmigen Halterung mit einer Vielzahl von Bohrungen, vorzugsweise Sacklöchern, in denen die Werkzeuge stänend mit ihrem Einspannbereich gehalten sind und ist die Halterung zur Bewahrung ihres Temperaturniveaus während der Wärmebehandlung isoliert und/oder gekühlt. Hiermit wird in einfacher Weise die Wärmebehandlung in gasförmiger Ofenatmosphäre oder auch im Vakuumofen ermöglicht und das bisherige partielle Härten im Salzbad in einfacher Weise und mit metallurgisch sowie wirtschaftlich besseren Ergebnissen ersetzt. Insbesondere ist es möglich, Bohrer aller Größen partiell in dieser Weise zu härten und große Mengen in kurzen Zeiten der erwünschten Wärmebehandlung zu unterziehen.
Gemäß einer zweckmäßigen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Herd der Heizkammer einen Kühlboden auf. Der Kühlboden kann aus einer Mehrzahl von gekühlten Herdbodenplatten zusammen-
-Jf-
gesetzt sein, in denen vom Kühlmedium durchströmte Kühlkanäle ausgebildet sind. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs zur zu kühlenden Werkzeugaufnahme besteht diese zweckmäßiger Weise aus einer gutwärmeleitenden Metallplatte, deren Unterseite plan entsprechend dem Herdboden ausgebildet ist und deren Oberseite zur Heizkammer hin mit einer Isolierschicht, beispielsweise aus Keramik oder Graphitwolle, versehen ist, die von den Bohrungen durchgriffen ist. Die Bohrungen können mit röhrchenförmigen Einsätzen zur Isolierung und/oder Führung versehen sein. Damit ist jede gewünschte Temperatursteuerung für den Einspannbereich der Werkzeuge von unten über den gekühlten Herdboden her möglich und kann die partielle Härtung der Werkzeuge in optimaler Weise durchgeführt werden.
Zur Verbesserung der Halterung und Führung der Werkzeugaufnahmen im Ofen sowie zur einfachen Ausbildung der Kühlkanäle ist es vorteilhaft, den Kühlboden bzw. die einzelnen Herdbodenplatten im
Querschnitt ι ι -förmig auszugestalten und ^abei in der
inneren Oberfläche die Kühlkanäle als Nuten in Käanderform vorzusehen und die innere Oberfläche durch eine flache Abdeckplatte zu schließen. Diese Ausbildung des Kühlbodens ist einfacher im Vergleich zur bestehenden Alternative in Form von Kühlkästen. Insbesondere für die Vereinfachung des Transports der Werkzeugaufnahmen ist in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung vorgeschla'-gen, den Kühlboden bzw. die einzelnen Herdbodenplatten absenkbar zu lagern, wobei Ausnehmungen zur Aufnahme von Rollen vorgesehen sind, auf denen bei abgesenktem Kühlboden reibungsarm ein Transport der Werkzeugaufnahme durchführbar ist. Um folglich beim Transport der Chargen durch die einzelnen Ofenzonen im Falle der Anwendung der Erfindung an einem Durchstoßofen die Reibungskräfte herabzusetzen, werden vor jedem Takt die gekühlten Herdbodenplatten abgesenkt und die Chargen dann auf den genannten Rollen transportiert. Nach Beendigung des Transportvorgangs (Taktes) werden die gekühlten
Herdbodenplatten wieder hochgefahren und bekommen Flächenkontakt mit den Werkzeugaufnahmen zur Durchführung der gewünschten Kühlung. Der Kühlboden bzw. die einzelnen Herdbodenplatten können dazu auf Exzenterrollen gelagert sein.
Wie sieh aus dieser Ausbildung des Ofenbodens bereits erhellt, ist es vorzugsweise vorgesehen, den Ofen als Durchlaufofen mit einem in mehrere... Zonen unterteilten Ofenraum und je einer davon separaten vor- und nachgeordneten Belade- und Abschreckkammer auszubilden, welch letztere mit einem Kühlgebläse für die. Abschreckatmosphäre oder als Druckabschreckkammer betreibbar ist. Die Erfindung kann aber auch ohne weiteres an Einkammer-Vakkumöfen mit Druckgas-Abschreckeinrichtung mit Vorteil angewandt werden. Die jeweils ofentypischen weiteren Ausgestaltungsmerkmale, wie Beladung, Transportmechanismen im Ofen, Heizeinrichtungen, Kühleinrichtungen, Ventilatoren, Entladegeräte und dgl. bleiben unverändert.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein erfindungsgemäßer Durchlaufofen sehematisch dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:
Pig. I einen Querschnitt durch einen Durchlaufofen, Fig. II eine Draufsicht auf die Ofenanlage der Fig. I,
Fig. III einen Querschnitt durch den Kühlteil gemäß III-III der Fig. I,
Fig. IV einen Querschnitt durch die Heizkammer gemäß Ziffer IV-IV der Fig. I,
Fig. V eine Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Herdbodenplatte und
Pig. VI einen Teil-Längsschnitt gemäß VI-VI der Fig. IV.
Der in der Zeichnung dargestellte Ofen ist ein Durchstoßofen mit einer Ladekammer 1, einer Ofenkammer 2 mit mehreren Behandlungszonen und einer Abschreckkammer 3> aus der heraus die Entladung des Ofens auf einen Rollgang 4 stattfindet, welcher gemäß Pig. II der Zeichnung rückgeführt bis zur Beladekammer list.
Die Beladekammer 1 ist von hinten gemäß Fig. I der Zeichnung durch eine Tür zu öffnen und zu schließen, deren Türbetätigung in Form eines DruckluftZylinders oberhalb des Ofengehäuses erkennbar ist. In der Beladekammer 1 ist ein Rollentisch 6 angeordnet, auf dem eine Werkzeugaufnahme 7 für die zu behandelnden Bohrer ruht. Die Darstellung ist rein schematisch, da sich Details der Werkzeugaufnahme aus nachfolgend beschriebenen Figuren der Zeichnung ergeben.
Zwischen der Beladekammer 1 und der Ofenkammer 2 ist eine Tür 8 angeordnet, die mittels eines Stellzylinders 9 betätigbar ist. Die Ofenkammer 2 selbst ist mit einer Isolierung 10, beispielsweise in Form einer Muffe ausgekleidet und zugänglich durch eine Innentür 11, die durch einen Stellzylinder 12 betätigbar ist.
In der Ofenkammer 2 befinden sich nach Fig. I der Zeichnung vier Werkzeugaufnahmen 7a die mittels eines Stoßzylinders 13 und einem nicht näher dargestellten Lade- und Transportgerät vollautomatisch entsprechend den Taktzeiten der Wärmebehandlung durch den Ofen weiterbefördert werden. Sie ruhen dabei auf einem als Kühlboden 14 ausgestalteten Herd des Ofens und werden durch gesteuerte Kühlung auf im wesentlichen gleichem Temperaturniveau gehalten. Die Zu- und Abführung des Kühlmediums durch Rohrleitungen und Kühlkanäle im Kühlboden 14 ist schematisch in Fig. I der Zeichnung verdeutlicht.
♦ * ■ ··*··* at β
3111213
Der übergang der Ofenkammer 2 zur Abschreckkammer 3 ist wiederum mit einer Innen- und Außentür gemäß den bereits beschriebenen Türen 8 und 11 ausgerüstet, so daß die Werkzeugaufnahmen 7 mit Hilfe des Transportmechanismus des Ofens schrittweise in die Abschreckkammer 3 einführbar sind und dort die Werkzeuge beispielsweise mit Inertgas abgekühlt werden können. Die Umwälzung des Inertgases erfolgt mittels eines Kühlgebläses 15 im Umlauf durch die Abschreckkammer 3.
Durch die Tür 16 kann die Abschreckkammer auf den Rollgang 4 entladen werden.
Fig. III der Zeichnung ist entnehmbar, daß das Kühlgebläse 15 über Rohrstutzen, Rohrleitungen und Absperrklappen mit der einbezogenen Abschreckkammer 3 eine Zwangsumwälzung der Abschreckatmosphäre ermöglicht, die die aus der Werkzeugaufnahme 7 herausragenden Bereiche der zu härtenden eingesetzten Bohrer 17 abkühlt. Die Werkzeugaufnahme 7 besteht aus einer plattenförmigen Halterung 18 aus Metall, in der eine Vielzahl von Sacklöchern über die Oberseite verteilt ausgebildet sind, die geeignet sind, die Bohrer 17 stehend - wie in der Zeichnung dargestellt - mit ihrem Einspannbereich zu halten. Die plattenförmige Halterung besteht dabei aus gutwärmeleitenden Metall, wobei die Unterseite plan entsprechend dem Herdboden ausgebildet ist, um einen möglichst günstigen Wärmeübergang bereitzustellen. Die Oberseite dagegen ist zur Heizkammer hin mit einer Isolierschicht 20 aus Graphitwolle versehen, die von den Sacklöchern 19 durchgriffen ist, wobei - wie
Pig. VI der Zeichnung verdeutlicht - röhrchenförmige Einsätze 21 zur Isolierung und/oder Führung vorgesehen sind.
Ein weiteres wesentliches Merkmal des beschriebenen Ofens ist die Ausbildung des Herdes der Ofenkammer 2 als Kühlboden 14.
_ 7 μ -
Die genaue konstruktive Ausgestaltung ist in Pig. IV, V und VI der Zeichnung entnehmbar. Demnach besteht der Kühlboden 14 aus einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter Herdbodenplatten 22 einer U-förmigen Querschnittsform, in denen vom Kühlmedium durchströmte Kühlkanäle 23 ausgebildet sind. Gemäß der in Pig. V gezeigten Ausführungsform einer Herdbodenplatte findet die Herstellung der Kühlkanäle 23 statt, indem mäanderförmige Nuten in die Oberfläche der Herdbodenplatte 22 eingeschnitten werden, die dann durch eine aufgesetzte und verschraubte flache Abdeckplatte 24 geschlossen werden.Dabei wird gutwärmeleitfähiges Material, insbesondere Stahl, ggf. auch eine Kupferlegierung, verwendet. Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die Führung der Kühlkanäle 2 3 nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. IV der Zeichnung sich von der in der Herdbodenplatte 22 der Fig. V der Zeichnung insofern unterscheidet, als im Querschnitt drei Kühlkanäle nebeneinander liegend über die Herdbodenplatte verteilt sind.
Ferner sind die Herdbodenplatten 22 mit Ausnehmungen 25 versehen und heb- und absenkbar auf die Exzenterrollen 26 gelagert. Die Exzenterrollen 26 sind auf zwei mit Abstand zueinander die Ofenkammer 2 in Längsrichtung durchgreifenden Exzenterwellen 27, 28 verteilt angeordnet derart, daß sämtliche den Kühlboden bildenden Herdbodenplatten 22 gut gestützt hierauf ruhen können. Dabei greifen durch die Ausnehmungen 25 am Ofen festgelagerte Rollen bis im wesentlich in die Ebene der Unterseite der Werkzeugaufnahmen 7 durch, die bei einer Absenkung der Herdbodenplatten 22 durch Exzenterverstellung die tragende Funktion für die Werkzeugaufnahmen 7 übernehmen. Hierdurch ist es möglich, beim Transport der Werkzeugaufnahmen durch die einzelnen Ofenzonen der Ofenkammer 2 die Reibungskräfte herabzusetzen, indem vor jedem Bewegungstakt die Herdbodenplatten 22 mittels der Exzenterrollen 26 abgesenkt werden und allein auf den dann tragenden Rollen 29 transportiert werden.
*die Werkzeugaufnahmen 7
• · ft a · *
Nach Beendigung solcher Transportvorgänge, die taktweise stattfinden, werden die Herdbodenplatten 22 mittels der Exzenterwellen 27, 28 wieder hochgefahren und bekommen Flächenkontakt mit der Unterseite der Werkzeugaufnahmen 7j so daß trotz Aufheizung mittels der Heizelemente 30 der Ofenkammer 2 die Einspannbereiche der in den Werkzeugaufnahmen 7 befindlichen Bohrer auf im wesentlichen gleichem niedrigen Temperaturniveau durch den Kühlboden und die Isolierung gehalten werden.
Eine Beschreibung der im übrigen durchzuführenden Partialhärtung der Arbeitsbereiche der Bohrer erübrigt sich, da sämtliche hierzu gehörenden Ofenfunktionen an sich bekannt sind. Mit dem beschriebenen Ofen ist es erstmals möglich, eine große Zahl von Bohrern, insbesondere auch große Bohrer von mehr als 10 mm Durchmesser einer Partialhärtung allein des Arbeitsbereichs in einfacher und schneller Weise zu unterziehen. Der Durchsatz durch den beschriebenen Ofen beträgt mehr als 900 Bohrer pro Stunde. Durch Verwendung unterschiedlicher Kühlmittel oder unterschiedlicher Kühlmitteltemperaturen läßt sich das gewünschte gleichbleibende Temperaturniveau des Einspannbereichs der Werkzeuge steuern, so daß die metallurgische Beeinflussung des Wärmebehandlungsvorgangs optimal möglich ist.
3111213
Bezugs zeichen, liste:
1 Beladekammer
2 Ofenkammer
3 Abschreckkammer
4 Rollgang
5 Türbetätigung
6 Rollentisch
7 Werkzeugaufnahme
8 Tür
9 Stellzylinder
10 Isolierung
11 Innentür
12 Stellzylinder
13 Stoßzylinder
14 Kühlboden
15 Kühlgebläse
16 Tür
17 Bohrer
18 Halterung
19 Sacklöcher
20 Isolierschicht
21 Einsatz
22 Herdbodenplatte
23 Kühlkanäle
24 Abdeckplatte
25 Ausnehmung
26 Exzenterrolle
27 Exzenterwelle
28 Exzenterwelle
29 Rolle
30 Heizelement
-β'
Leerseite

Claims (11)

Ansprüche:
1. Ofen zur partiellen Wärmebehandlung von Bohrern und dgl.
einen Einspannbereich und einen Arbeitsbereich aufweisenden s Werkzeugen, bei denen allein dem Arbeitsbereich durch die Wärmebehandlung veränderte Eigenschaften, insbesondere Härte zu vermitteln sind, mit einer Heiz- und einer Abschreckeinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß der Einspannbereich der Werkzeuge im Ofen während der Heiz- und Abschreckbehandlung auf im wesentlichen gleichem Temperaturniveau in einer Werkzeugaufnahme (7) gehalten ist und daß der Arbeitsbereich der Werkzeuge (17) frei der Aufheizung und der Abschreckung ausgesetzt ist.
2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugaufnahme (7) aus einer plattenförmigen Halterung (18) mit einer Vielzahl von Bohrungen (19)» vorzugsweise Sacklöchern, besteht, in denen die Werkzeuge (17) stehend mit ihrem Einspannbereich gehalten sind, und daß die Halterung (18) zur Bewahrung ihres Temperaturniveaus während der Wärmebehandlung isoliert und/oder gekühlt ist.
3. Ofen nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Herd der Ofenkammer (2) einen Kühlboden aufweist.
4. Ofen nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlboden aus einer Mehrzahl von gekühlten Herdbodenplatten (22) zusammen- : gesetzt ist, in denen vom Kühlmedium durchströmte Kühlkanäle (23) ausgebildet sind.
5. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugaufnahme (7) aus einer gutwärmeleitenden Metall-
platte besteht, deren Unterseite plan entsprechend dem Herdboden ausgebildet ist und deren Oberseite zur Ofenkammer (2) hin mit einer Isolierschicht (20) versehen ist, die von den Bohrungen (19) durchgriffen ist.
6. Ofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (19) mit röhrchenförmigen Einsätzen. (21) zur Isolierung und/ oder Führung versehen sind.
7. Ofen nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlboden bzw. die einzelnen Herdbodenplatten (22) im
Querschnitt J J -förmig sind, daß in der Oberfläche die
Kühlkanäle (23) als Nuten in Mäanderform ausgebildet und durch eine flache Abdeckplatte (24) geschlossen sind.
8. Ofen nach einem der Ansprüche 3 bis J3 dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlboden bzw. die einzelnen Herdbodenplatten (22) absenkbar gelagert sind und daß Ausnehmungen (25) zur Aufnahme von Rollen (29) vorgesehen sind, auf denen bei abgesenktem Kühlboden reibungsarm ein Transport der Werkzeugaufnahme (7) durchführbar ist.
9. Ofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlboden bzw. die einzelnen Herdbodenplatten (22) auf ExzenterroHen (26) gelagert sind.
10. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er als Durchlaufofen mit einem in mehrere Zonen.unterteilten Ofenraum (2) und je einer davon separaten vor- und nachgeordneten Belade (I)- und Abschreckkanner (3) ausgebildet ist, welch letztere mit einem Kühlgebläse (15) für die Abschreckatmosphäre oder als Druckabschreckkammer betreibbar ist.
- 11 -
11. Ofen nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Entlade- und Beladestation Rollgänge (4) zur Rückführung der Werkzeugaufnahmen (7) angeordnet sind.
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