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Ofen zur gleichförmigen Erhitzung von Laufringen oder Scheiben bzw. Halbfakrikaten von
Laufringen oder Scheiben der Kugel-oder Rollenlager.
Die Erfindung betrifft einen Ofen zur Erhitzung von Laufringen oder Scheiben bzw. Halbfabrikaten von Laufringen oder Scheiben der Kugel-oder Rollenlager und bezweckt, eine gleichförmige Erhitzung der Werkstücke für das Härten, Schmieden, Glühen, Anlassen oder für eine andere Wärmebehandlung sowie ein. selbsttätiges Arbeiten und eine wirtschaftliche Ausnutzung der zugeführten Wärme zu ermöglichen.
Bei der Wärmebehandlung der genannten Gegenstände ist die Erfüllung dieser Bedingungen für die Qualität des Erzeugnisses'von grosser Bedeutung, aber auch zufolge der Gestalt dieser Gegenstände, und zwar wegen der grossen Ausdehnung im Verhältnis zu der Masse, schwer zu erzielen.
Bei Erhitzungsöfen für kleinere Werkstücke runder oder rechteckiger Form, wie Nieten o. dgl., ist zu diesem Zwecke schon vorgeschlagen worden, den Boden des Ofens geneigt zu machen, so dass die Werkstücke zufolge ihres eigenen Gewichtes durch den Ofen herabrutschen. Hiebei ist auf eine gleichförmige Erhitzung nicht Rücksicht genommen worden, weil die kleinen Abmessungen der Werkstücke eine solche unnötig machten.
Es ist ferner vorgeschlagen worden, den Durchgang der Körper durch den Ofenraum durch im Ofen wirkende mechanische Vorrichtungen zu bewirken. Solche Öfen eignen sich aber nicht für den hier in Betracht kommenden Zweck, weil die mechanischen Vorrichtungen zufolge der hohen Temperatur bald zerstört werden und ausserdem viel Raum in Anspruch nehmen. Ferner ist bei solchen Öfen, besonders aber bei Öfen mit ausgedehntem Ofenraum, eine gleichförmige Erhitzung aller Teile der Gegenstände nicht erreichbar, da eine gleichförmige Wärmeverteilung dadurch praktisch ausgeschlossen ist, dass z. B. der Teil des Ofenraumes, der sich in der Nähe der Decke befindet, wärmer wird als jener Teil, der sich in der Nähe des Bodens des Ofens befindet oder umgekehrt.
Die einzige Möglichkeit, in einem Ofen, dessen verschiedene Teile nicht dieselbe Temperatur haben, bei selbsttätigem Durchgang der Werkstücke letzteren eine gleichförmige Temperatur zu geben, besteht darin, dass die Bewegung der Werkstücke unter gleichzeitiger Umdrehung derselben erfolgt.
Eine für Glühöfen vorgeschlagene Ausführung dieses Verfahrens besteht darin, dass die zu behandelnden Gegenstände in zylinderförmige Gefässe eingebracht werden, worauf diese Gefässe auf Grund ihres eigenen Gewichtes auf dem geneigten Ofenboden durch den Ofen rollen.
Diesem Verfahren haftet jedoch der wesentliche Übelstand an, dass die ursprünglich zylinderförmigen Gefässe unter dem Einfluss der Wärme und der Belastung ihre Form ändern, so dass ein Rollen nicht stattfinden kann, wobei zu bemerken ist, dass auch kleine Formänderungen von grosser Bedeutung sind. Ferner ist dieses Verfahren dann nicht verwendbar, wenn die erwähnten Gegenstände sofort einer weiteren Behandlung unterworfen werden sollen, wie beim Härten, Schmieden u. dgl., weil die Entleerung der Gefässe in der Wärme zeitraubend ist und eine Abkühlung des Gutes sowie andere nachteilige Wirkungen zur Folge hat.
Nach vorliegender Erfindung, die sich ausschliesslich auf das Erwärmen von Laufringen oder Scheiben bzw. Halbfabrikaten von Laufringen oder Scheiben der Kugel-oder Rollenlager bezieht, werden sämtliche oben angegebene Übelstände dadurch beseitigt, dass die Ringe unter der. Einwirkung der Schwerkraft durch den Ofenraum unter ununterbrochenem oder intermittierendem Rollen auf dem Ofenboden, der zu diesem Zwecke entsprechend geneigt angeordnet ist, hindurchbewegt werden. Diejenigen Bedingungen, die erfüllt werden müssen, damit in einem solchen Ofen ein Rollen sämtlicher Werkstücke in der Tat stattfinden kann, gehen aus folgender Überlegung hervor.
Wenn ein einzelner Ring auf einer ebenen, schrägen Unterlage ruht, deren Neigungswinkel 0 ist, so fängt der Ring erst bei einem gewissen, bestimmten Neigungswinkel an sich zu bewegen, und zwar zu rollen. Dieser Winkel, genannt der Winkel der rollenden Reibung, wird im nachstehenden mit Fmin. bezeichnet. Er ist unter anderem von dem Material, dem Oberflächeneharakter, der Temperatur der Unterlage und des Ringes sowie von dem Gewichte und den Abmessungen des Ringes abhängig.
Bei a mill. muss der Ring durch eine besondere Kraft beeinflusst werden, damit er sich nicht bewegen soll. Wird diese Kraft entfernt, so setzt sich der Ring in Bewegung, und zwar unter Rollen entlang der Ebene, jedoch entsteht reines Rollen nur, wenn a einen gewissen
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Wert PtnapE. unterschreitet. Wenn 0 : ; > Vmax ist, so erfolgt die Bewegung unter gleichzeitigem Rollen und Gleiten auf der Unterlage. Dies beruht darauf, dass der Druck gegen die Unterlage so gering ist, dass die durch denselben erzeugte Reibung nicht ausreicht, um das Gleiten zu verhindern, wozu noch kommt, dass die in der Bewegungsrichtung wirkende Komponente der Schwerkraft sehr gross ist.
Daraus ergibt sich, dass sich ein einzelner Umdrehungskörper, der auf einer schrägen Ebene ruht, von selbst in rollende Bewegung setzt, wenn : vin. < au
Wenn mehrere in einer Reihe liegende Ringe nacheinander vorbewegt werden sollen, kommen drei verschiedene Fälle in Betracht : I. O ! < Fmin.
In diesem Falle findet eine Bewegung nur in Gegenwart einer von hinten wirkenden Druckkraft von genügender Grösse statt ; andersfalls werden die Körper still bleiben. Wenn eine Bèwegung stattfinden soll, so muss auf den hintersten Ring ein derartiger Druck ausgeübt werden, dass dessen Grösse gleich der Summe der Widerstände sämtlicher Ringe gegen die Bewegung ist.
Zwischen je zwei benachbarten Ringen herrscht dabei ein Druck, der um so grösser ist, je näher dem Eintrittsende der Ring liegt und je kleiner die Neigung ist.
Damit ein beliebiger Ring, z. B. der n : te Ring der Reihe von vorn gerechnet, während der Vorwärtsbewegung rollen soll, muss er seinen Eingriff mit der Unterlage behalten und gegen die beiden umgebenden Ringe gleiten, d. h. die Reibungskraft in bezug auf die Unterlage muss grösser sein als die Summe der beiden Reibungskräfte in bezug auf die beiden Ringe. Jetzt sind die beiden letzteren Reibungskräfte proportional den zwischen den Ringen wirkenden Drücken und deshalb um so grösser, je weiter nach hinten in der Reihe der Ring sich befindet, während die. erstgenannte Reibungskraft, welche durch die senkrecht zur Unterlage stehende Komponente der auf jeden Ring wirkenden Schwerkraft bedingt ist, nicht den Wert. f. p. cos 0 : ; überschreiten kann, wenn. f der betreffende Reibungskoeffizient und p das Gewicht des Ringes ist.
Es ist deshalb ersichtlich, dass bei einem gewissen Ring der Reihe, z. B. dem n : ten von vorn gerechnet, die Reibungskraft
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in Gleichgewicht halten müssen, so dass kein Rollen stattfinden kann. Bei sämtlichen vor diesem Ringe befindlichen Ringen erfolgt die Bewegung unter Rollen, bei sämtlichen hinter dem betreffenden Ring befindlichen Ringen erfolgt die Bewegung unter Gleitung auf der Unterlage. Es ist einleuchtend, dass dieses Verhältnis besonders deutlich wird, wenn dessen Mindestwert erreicht wird, d. h., wenn die Unterlage-wagrecht ist. Bei Versuchen, die mit'Kugellagerringen
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muss eine auf den ersten Ring wirkende, nach hinten gerichtete Kraft vorhanden sein.
Der hintere Ring übt zufolge seines Gewichtes einen Druck auf den voran befindlichen Ring aus, der seinerseits auf den nächstfolgenden Ring mit dem doppelten Druck wirkt usw. Die Folge hievon ist, dass sich die Druck-und Reibungsverhältnisse zwischen den Ringen der Reihe entgegengesetzt wie im Falle I ändern. Beim Freigeben des ersten Ringes werden deshalb sämtliche Ringe vorbewegt, die n hinteren unter Rollen und die übrigen, vorderen Ringe der Reihe unter Gleiten. Wenn a verkleinert wird, nimmt n zu.
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Es dürfte aus dem oben angegebenen ersichtlich sein, dass, wenn x = vin. ist, n== oo wird, d. h. bei dieser Neigung kann, theoretisch, eine unendlich grosse Anzahl Ringe unter Rollen nacheinander vorbewegt werden, wenn die nachschiebende Kraft = o ist. Da in der Tat kleine Ungleichförmigkeiten in den Reibungsverhältnissen bei den einzelnen Ringen unvermeidlich sind, bewirkt in der Praxis eine geringe, von hinten wirkende nachschiebende Kraft eine rollende Bewegung sämtlicher Ringe der Reihe.
Wenn 0 : ; von Vmin. nach oben oder nach unten abweicht, tritt die Gefahr des Gleitens gewisser Ringe der Reihe ein, und zwar im vorigen Falle der vorderen und im letzteren Falle der hinteren Ringe ; diese Gefahr wird um so grösser, je grösser die Anzahl der Ringe ist.
Als Bedingung dafür, dass in einem Ofen dei angegebenen Gattung sämtliche auf die beschriebene Weise angeordnete Umdrehungskörper unter allmählicher Hindurchbewegung durch den Ofen rollen, gilt also : Die die Werkstücke tragende Unterlage muss eine gewisse Neigung haben, die dem Winkel der rollenden Reibung unter den herrschenden Verhältnissen gleich ist oder wenig von demselben abweicht.
Je kleiner die Anzahl der Werkstücke in einei und derselben Reihe ist, um so grösser darf diese Abweichung sein und sie darf nicht einen Wert überschreiten, bei welchem für denjenigen Ring einer Reihe, wo die von den umgebenden Ringen herrührenden Drücke am grössten sind (diese Drücke sind entweder durch das Eigengewicht der Ringe oder durch den Vor. schubdruck erzeugt), die Drehmomente der durch diese Drücke bedingten Reibungskräfte zusammen gleich dem Drehmomente der Reibung mit Bezug auf die Unterlage sind.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich'auf einen Ofen, der im wesentlichen aus einem feststehenden, langgestreckten Ofenkanal besteht, der mit Vorrichtungen zur Erhitzung auf die erforderliche Temperatur sowie mit einem geneigten Boden versehen ist. Die Neigung des Bodens ist gemäss der Erfindung gleich dem Winkel der rollenden Reibung unter den herrschenden Verhältnissen oder weicht nur wenig davon ab, wodurch erreicht wird, dass die in das eine Ende des Kanals eingeführten Ringe oder Scheiben zufolge ihres Gewichtes unter ununterbrochener oder intermittierender rollender Bewegung durch den Ofenkanal hindurchgehen und dabei gleichförmig erhitzt werden.
Die Geschwindigkeit ist dabei derart bemessen, dass die Ringe während des Hindurchgehens durch den Ofen an einer geeigneten Stelle die Höchsttemperatur annehmen bzw. der Erhitzung und Abkühlung ausgesetzt werden, die bei der betreffenden Wärmebehandlung beabsichtigt ist.
- In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform eines Härteofens nach der Erfindung dargestellt. Fig. I ist eine Seitenansicht und ein teilweiser Längsschnitt des Ofens ; Fig.'2 ist eine Draufsicht und ein teilweiser wagrechter Schnitt desselben ; Fig. 3 ist ein Querschnitt nach der Linie t-B in Fig. i und Fig. 4 ist ein Schnitt, der Fig. 3 entspricht und eine etwas abgeänderte Form des Ofenbodens zeigt.
Der Ofen besteht aus einem langgestreckten Ofenkanaf 1 aus Mauerwerk, dessen vorderer, in der Nähe der Austrittsöffnung 2 liegender Teil mit Gasbrennern 3 zur Erhitzung des Ofenkanals auf die gewünschte Temperatur versehen ist. In dem Ofenkanal ist ein innerer Boden 4 vorgesehen, der mit längslaufenden Nuten oder Rinnen 5 zur Führung der zu erhitzenden Ringe 6 versehen ist und eine auf die angegebene Weise bemessene Neigung hat, so dass die reihenweise in den Rinnen 5 liegenden Ringe zufolge ihres eigenen Gewichtes durch den Ofen rollen.
Der Boden 4 ist zweckmässig im Innern des Ofenkanals frei angeordnet, so dass er sowohl an den Seiten als auch an seinem vorderen Ende durch die Flammen der Gasbrenner umspült werden kann, wobei zwecks Einstellung der Wärmezufuhr an dem genannten Ende in dem unteren, vorderen Teil des Ofenkanals einstellbare Ventile oder Klappen 7, und zwar ein Ventil oder eine Klappe für jede Rinne'3 des Bodens 4, vorgesehen sind.. Die Einführung der Ringe 6, die an dem hinteren Ende des Ofens erfolgt, geschieht zweckmässig selbsttätig mit Hilfe rotierender Arme 8, welche bei ihrer Drehung in die in einem Magazin 9 entsprechend geneigt stehenden Ringe 6 greifen und sie'auf eine geneigte Bahn 10'bewegen, von welcher sie derart herabfallen, dass sie in den zum Ofen führenden Rinnen vertikal zu stehen kommen.
Durch Verwendung einer solchen Einführungsvorrichtunjwird, ausser einer zuverlässigen und ununterbrochenen Zufuhr der Ringe in den Ofen, auch der Vorteil erreicht, dass die-von der geneigten Bahn herabfallenden Ringe
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Dadurch, dass die Ringe durch den Ofen rollen, d. h. immer wechselnde Teile ihres Um-' fanges gegen'die umgebenden, ungleich warmen Teile des Ofens richten, wird eine vollständig gleichförmige Erhitzung der Ringe gesichert, wodurch auch ein gleichförmiges Härten ermöglicht wird. Die in dem vorderen Teil des Ofens entstehenden Verbrennungsgase streichen in entgegengesetzter Richtung zu den Ringen durch den Ofen hindurch und geben dabei ihre Wärme an die Ringe allmählich ab. Hiedurch wird eine rationelle Ausnutzung der zugeführten Wärme erzielt.
Die Rinne 17 ; die zweckmässig an dem Austrittsende 2 des Ofens dicht angeschlossen ist und eine derartige Neigung und Form hat, dass den Ringen 6 auch hier eine rollende Bewegung erteilt wird, ist nach allen Seiten geschlossen und taucht unter die Oberfläche des Härtebades 18, so dass'hier ein Flüssigkeitsverschluss entsteht, der den Eintritt kalter Luft, in den Ofen beim Austrittsende verhindert. An dem genannten Ende ist ferner eine mit einem Deckel 19 versehene Schauöffnung angeordnet, wodurch auch die vorderen Ringe jeder Reihe von aussen zugänglich werden.
.-. Anstatt der beschriebenen Auslassvorrichtung, -die aine intermittierende rollende Bewegung gibt, kann ein Auslassmechanismus verwendet werden, der eine ununterbrochene Bewegung
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ermöglicht, wie z. B. ein langsam rotierendes Rad mit Armen, die in die Rinnen 5 eingreifen und je einen Ring abscheiden, während die übrigen Ringe nachfolgen, je nachdem sich die Arme des Rades in den Rinnen vorwärts bewegen.
Der Vorschub kann auch ohne Verwendung einer vorn angeordneten Schleusevorrichtung mittels eines an dem Eintrittsende von hinten wirkenden schwachen Druckes erfolgen, wobei der Neigungswinkel des Ofenbodens etwas kleiner als der Winkel der rollenden Reibung sein soll. Eine dritte Ausführung besteht darin, dass der Ofenboden vorn in einem Hindernisse i. i der Gestalt einer kleineren Erhöhung endet, die die Ringe passieren müssen, ehe sie den Ofen verlassen. Auch bei dieser Ausführung erfolgt der Vorschub unter schwachem, von hinten wirkenden Druck. In sämtlichen Fällen wird die Neigung derart bemessen, dass sie wenig von dem Winkel der rollenden Reibung abweicht, so dass ein tatsächliches Rollen gesichert ist.
In Fig. 4 ist eine etwas abgeänderte Ausführungsform des Ofenbodens 4 dargestellt, gemäss welcher die eine Seitenwand sowie der Boden jeder Rinne 5 auch seitlich geneigt ist, so dass die Ringe 6 eine geneigte Stellung einnehmen werden, in welcher sie durch die geneigte Seitenwand und den Boden geführt werden. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Ringe verschiedener Breite in die Rinne 5 ohne Änderung der Breite der Rinne eingebracht werden können. Ferner können in diesen Rinnen Ringe oder Scheiben geführt werden, deren Umfang die Form irgendeiner anderen Umdrehungsfläche als der dargestellten Zylinderfläche, wie z. B. die Form einer schiefen, kugeligen Zone, hat, wie es bei den Stützringen selbsteinstellender Achsialkugellager der Fall ist.
Der Ofen ist nicht auf die Verwendung von Gasfeuerung beschränkt, es können auch andere Brennstoffe, z. B. Brennöle oder feste Brennstoffe, verwendet werden ; auch ist der in den Zeichnungen dargestellte frei angeordnete Ofenboden nicht unumgänglich notwendig, indem der Ofenraum auch aus einem einzigen Kanal bestehen kann.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Ofen zur gleichförmigen Erhitzung von Laufringen oder Scheiben bzw. Halbfabrikaten von Laufringen oder Scheiben der Kugel-oder Rollenlager mit einem feststehenden, langgestreckten Ofenkanal, der mit geneigter Sohle und mit Vorrichtungen zur Erhitzung des Kanals auf die erforderliche Temperatur versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ofensohle eine Neigung hat, die dem Winkel der rollenden Reibung unter den herrschenden Verhältnissen gleich ist oder wenig von demselben abweicht, zum Zwecke, eine zuverlässige Rollbewegung sämtlicher durch den Ofen reihenweise geführter Ringe oder Scheiben zu sichern.