CN108026599A - 用于用冷却气体处理金属工件的设备 - Google Patents

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Abstract

用于用冷却气体处理金属工件的设备包括：平放设置的圆柱形壳体(1)，所述壳体具有至少一个用于将要处理的工件引入和引出的可封闭的开口；位于壳体(1)内部的淬火腔室(2)，所述淬火腔室用于容纳要处理的工件；两个侧向地设置在淬火腔室(2)外部的高功率鼓风机(5和6)，所述高功率鼓风机用于引导冷却气体经过淬火腔室(2)；用于对冷却气体进行冷却的两个换热器(11和12)。为了在该设备中实现提高能效和更快速地对工件淬火，按照本发明提出：各一个换热器(11或12)配设给一个高功率鼓风机(5或6)，并且在淬火腔室(2)上方和下方设置有可封闭的引导装置(17或18)。

Description

用于用冷却气体处理金属工件的设备
技术领域
本发明涉及一种用于用冷却气体处理金属工件的设备，所述设备包括：平放设置的圆柱形壳体，所述壳体具有至少一个可封闭的开口，所述开口用于将要处理的工件引入和引出；位于壳体内部的用于容纳要处理的工件的淬火腔室；两个侧向地并且在淬火腔室外部设置的鼓风机，所述鼓风机用于引导冷却气体经过淬火腔室；和通常两个用于对冷却气体进行冷却的换热器。
背景技术
通常已知：热处理过的金属工件在热处理之后用冷却气体淬火，以便达到期望的材料特性。为此，使用具有至少一个开口的平放的壳体，所述开口用于将热的工件引入到设置在壳体中的淬火腔室中。冷却气体经由设置在壳体中的鼓风机和换热器引入到淬火腔室中并且随后又从其中通过鼓风机吹出。这种设备应尽可能节能地工作，并且确保工件的快速并且均匀的冷却，以便要冷却的工件不变形。过慢的冷却也会导致不期望的工件特性。因此，在淬火工艺期间的冷却速度和冷却气体中的温度均匀性是确定淬火工艺的质量和效率的标准。这两者能够基本上通过冷却气体的流动速度、其热物理特性和通过从热的工件的可实现的散热和到换热器中的热量输出来限定。因此，换热器在冷却气体循环中的位置以及其结构和因此所追求的最小的压力损失对于淬火期间的散热并且因此工件的冷却速度还有冷却气体中的温度均匀性是关键的。
从DE 102 10 952 B4中已知用于用冷却气体对金属工件进行处理的这种类型的设备。在此，在平放的圆柱形壳体中，在中央设置的淬火腔室旁边在左侧和右侧设有两个鼓风机。此外，在冷却气体的流动路径中在淬火腔室上方和下方分别设置一个换热器。通过用于引导冷却气体的通道中的四个可开关的可逆活门能够转换冷却气体经过淬火腔室的流动方向。
这些已知的装置的缺点是：两个换热器依次位于冷却气体的流动路径中并且因此显著地提高流动阻力。所述装置的尺寸也取决于淬火腔室的尺寸。
发明内容
本发明的目的在于，将用于用冷却气体处理金属工件的设备设计成更节能的，并且在冷却气体的温度均匀性高的情况下实现工件的更快速的冷却。
所述目的通过独立权利要求1的特征部分的特征来实现。有利的设计方案在其从属权利要求中描述，所述从属权利要求分别自身独立地构成本发明的一个方面或以彼此间不同组合的方式构成本发明的一个方面。
本发明基于如下认知：各一个换热器配设给一个鼓风机，并且在淬火腔室上方和下方设置有可移动的引导装置。基于这种设置，相当显著地降低了对于冷却气体的流动阻力，因为冷却气体的仅一半需要流动经过一个换热器。因为换热器现在不再直接地位于淬火腔室的上方和下方，所以所述换热器能够具有显著扩大的表面，所述表面具有更大的孔隙率，这又有助于降低流动阻力。通过这种设置也能够在壳体中实现大体积的流动通道。借此，又实现流动阻力的减小。此外，该措施引起可达到的热传递系数的提高并且因此引起显著更高的可传递的热流。这导致淬火时间缩短。对此，设置用于冷却气体的可封闭的引导装置具有显著的影响，因为所述引导装置进一步降低压力损失并且因此冷却气体的流动速度高于现有技术中的流动速度，其中借助所述引导装置实现冷却气体流在进入淬火腔室中之前的有针对性的均匀化。
由于该措施，通常使用的、作为冷却气体的氦气可以通过显著更便宜的氮气取代。对于按照本发明的设备的运行者而言，这意味着投资成本的显著降低。借此，与将氦气或油用作冷却介质相比还实现了淬火均匀性的改进。与氦气相比，氮气具有更湍流的流动特性，从而在对要淬火的工件环流时冷却气体经改进地混匀并且因此不同的冷却气体区域更快速地热交换。这改进热传递并且改进导出的热流的局部均匀性。通过使用氮气作为冷却气体实现运行成本的显著降低。同样弃用了否则常规的氦气回收过程。
尤其有利的是：换热器构成为环形换热器。借此，在流动阻力相对低的同时能够实现大的冷却面积。
节省结构空间的是：每个环形换热器包围其相应的鼓风机的叶轮。
简单构成并且鲁棒的引导装置包括引导箱和配设给该引导箱的引导元件。在此可容易实现的是：将用于冷却气体的相应的导向板装入引导箱中，从而在进入到淬火腔室中时实现有针对性并且均匀的流动。在此，每个引导元件一方面用于将冷却气体支流转向至淬火腔室，并且另一方面用于交替地封闭配设的引导箱。
为了实现引导箱的结构上简单的调节，所述两个引导箱经由连接元件彼此连接。于是，一个唯一的移动装置足以将两个引导箱从一个位置移动到另一位置中。通过所述设置也简化了移动装置的控制耗费。可以将具有调节装置的电动马达或者气动或液压缸用作移动装置。该移动装置优选设置在壳体外部。
当用于每个鼓风机的进气开口在淬火腔室旁边在上方和下方侧向地设置时，实现该进气开口的结构上简单的设置。在此实现短的流动路径。由此也能够实现大体积的流动通道。由此，离开淬火腔室的热的冷却气体能够直接在没有大的流动损失的情况下流入到两个鼓风机中，并且从那里流动至环形换热器，以便再次向回冷却。
在此有意义的是：将引导箱的移动路径设计成，使得当与封闭的进气开口相邻的引导箱由冷却气体穿流时，总是封闭两个鼓风机的两个进气开口中的一个。由此通过移动引导箱同时实现控制进气开口，而无须同步地调节多个设有驱动装置的活门。因此，以简单的方式和方法可以实现冷却气体流的方向反转。
当引导元件固定在壳体上时，实现引导元件的简单的安装。
引导元件的结构上简单的设计方案规定：所述引导元件在横截面中v形地构成，并且配设的引导箱在朝向引导元件的一侧上具有一致的横截面形状。于是，引导元件能够在没有另外的结构设计的情况下用于封闭引导箱并且因此用于禁止从该侧穿流淬火腔室。由此又进一步降低了冷却气体循环中的流动阻力，并且因此提高了冷却温度的均匀性和工件的冷却速度。
在本发明的意义中的换热器不仅理解为单个的换热器，而是也如其在这种设备中是常见的那样理解为换热器组。
术语“鼓风机”也理解为在1KW至1MW功率范围中的鼓风机，即也理解为高功率鼓风机。
本发明不限制于独立权利要求1与其从属权利要求的特征的所提出的组合。此外，存在如下另外的可行性：一些特征、尤其当其从权利要求、接下来对实施例的描述中得出或直接从附图中得出时彼此组合。此外，权利要求通过使用附图标记来参照附图在任何情况下都不应将权利要求的保护范围限制于所示出的实施例。
附图说明
为了进一步阐述本发明，参考附图，在附图中简化地示出多个不同的实施例。附图示出：
图1示出按照本发明构成的用于处理金属工件的设备的横截面，
图2以透视图示出根据图1的设备的纵截面，
图3a至c示出用于实现冷却气体的流动反转的引导箱的一些位置。
具体实施方式
按照本发明的设备包括圆柱形的、单壁的、平放的壳体1，在所述壳体的至少一个在此未示出的端侧上设有用于封闭的门或滑块。
在壳体1内部居中地存在淬火腔室2，所述淬火腔室在其两个纵侧上通过引导板3和4限定。在淬火腔室2中设有两个侧向设置的承载板条，将要淬火的工件放置到所述承载板条上。所述承载板条空出到工件的最大的流动横截面。在此，淬火腔室本身这样设计尺寸，使得所述淬火腔室尽可能紧地包围要淬火的工件。
侧向地在淬火腔室2旁边设有两个水平平放设置的鼓风机5和6，所述鼓风机的驱动马达7和8(仅部分可见)经由气密的法兰连接直接与壳体1连接。两个鼓风机的驱动轴彼此对齐地设置。高功率鼓风机5和6的叶轮用附图标记9和10表示。鼓风机5和6构成为高功率鼓风机。
围绕叶轮9和10分别安置一个环形换热器11和12。所述环形换热器可以一件式或多件式地、圆形或半月形地构成。在所示出的实施例中，环形换热器四件式地构成。围绕环形换热器设置有用于低压力损失地引导冷却气体的、在此未示出的引导板壳体。
在两个引导板3和4和鼓风机5和6的进气区域之间分别存在一个进气部分13和14，所述进气部分在鼓风机5和6的一侧通过内部分离板15和16限定。
在淬火腔室2上方和下方，在淬火腔室的整个宽度和长度上分别设有引导装置17和18。每个引导装置17和18包括一个引导箱19和20和配设的引导元件21和22。引导元件21和22在横截面中v形地构成并且刚性地固定在壳体1的内侧上。
每个引导箱19和20具有闭合的侧壁23和24。与侧壁23和24平行地和垂直地在每个引导箱19和20中设置有导向板25，从而形成用于冷却气体的蜂窝状的矩形的导向通道26(图2)。导向板25构成为，使得所述导向板在横截面中(图1)对应于引导元件21和22的形状。
两个引导箱19和20通过侧向的连接牵条27和28彼此连接。所述连接牵条设置成，使得所述连接牵条允许从淬火腔室到进气部分13和14的几乎无损失的流动连接。未示出的移动装置允许：如在下文中进一步阐述的那样移动两个引导箱。
图2示出按照本发明的设备的透视的纵截面。在此，一方面可以非常清楚地看见导向通道26的结构和布置，并且另一方面可以看见进气部分14的四个进气开口29中的一个。所述进气开口位于淬火腔室2上方。不可见的另一进气开口位于淬火腔室下方。进气部分13具有相应的进气开口。
此外，图2示出屏蔽板30的设置，所述屏蔽板在上方和下方设置在淬火腔室2的前侧和后侧上，并且从所述淬火腔室伸展直至壳体1的内侧。借此防止：冷却气体在绕开冷却通道26的情况下从淬火腔室的前侧和后侧流入到淬火腔室中。借此确保：淬火腔室2总是仅竖直地被穿流。
通过前部的开口借助于外部设备对淬火腔室2装载工件装料，所述工件装料事先已在单独的设备中加热并且可选地渗碳。当为连续式淬火腔室时，通过前部的开口或通过后部的开口对淬火腔室2进行卸载。
在图1和2以及3a中，冷却气体从下向上穿流淬火腔室。这通过流动箭头31表明。为此，引导装置17处于其上方的端部位置中，即上方的引导箱19贴靠在其引导元件21上。由此，其导向通道26被封闭并且无法被穿流。同时，下方的引导箱20与其引导元件22间隔开，从而该引导箱的导向通道26能够被自由穿流。通过两个引导元件17和18的所述位置，开启到两个进气部分13和14的两个上方的进气开口29，而下方的引导箱20的侧壁23和24封闭下方的两个进气开口29。
因此，由淬火腔室中的热的工件加热的冷却气体通过两个上方的进气开口29划分成两个支流并且被抽吸，引导至两个高功率鼓风机5和6并且由所述高功率鼓风机径向地挤压经过环形换热器11和12，其中冷却所述冷却气体。随后，所述冷却气体流动经过围绕环形换热器11和12延伸的螺旋引导壳体并且经由引导元件22通过下方的引导箱20从下方转向到淬火腔室2中。在引导箱20之前和在该引导箱中，冷却气体的两个支流再次会聚。导向通道26将冷却气体的流动再次竖直地定向。
如果现在反转冷却气体的流动方向(相反于图1、2和3a中的流动方向)，那么激活用于两个引导箱19和20的移动装置。所述移动装置将引导箱从其上方的位置(图1、2、3a)经由中间位置(图3b)移动至下方的位置(图3c)，在所述中间位置中两个引导箱从其引导元件远离。在该下方的位置中，下方的引导箱20中的导向通道26通过引导元件22封闭。同时，上方的进气开口29通过上方的引导箱19的侧壁23和24封闭，而到进气部分13和14的下方的进气开口29被开启。因为上方的引导箱19现在从其引导元件21远离地定位，所以在该引导箱19中的导向通道26被打开。
因此，现在冷却气体经由两个下方的进气开口29流入到进气部分13和14中。冷却气体从此处进一步经由高功率鼓风机5和6的叶轮9和10径向地流动经过环形换热器11和12。在两个支流事先通过引导元件21转向并且通过引导箱19中的导向通道26会聚和定向之后，现在回冷的冷却气体经由螺旋引导壳体现在竖直向下流动经过淬火腔室2。这在图3c中通过流动箭头32示出。
当要淬火的工件的轮廓要求这样时，通过引导装置17和18的这种简单的调节快速地实现冷却气体的流动反转。
附图标记列表
1 壳体
2 淬火腔室
3 2的侧壁
4 2的侧壁
5 鼓风机
6 鼓风机
7 5的驱动马达
8 6的驱动马达
9 5的叶轮
10 6的叶轮
11 环形换热器
12 环形换热器
13 5的进气部分
14 6的进气部分
15 13的内部分离板
16 14的内部分离板
17 上部的引导装置
18 下部的引导装置
19 17的引导箱
20 18的引导箱
21 上部的引导元件
22 下部的引导元件
23 18、19的侧壁
24 18、19的侧壁
25 18、19中的导向板
26 导向通道
27 连接牵条
28 连接牵条
29 进气开口
30 屏蔽板
31 流动箭头
32 流动箭头

Claims (10)

1.用于用冷却气体处理金属工件的设备，所述设备包括：平放设置的圆柱形壳体(1)，所述壳体具有至少一个可封闭的开口，所述开口用于将要处理的工件引入和引出；位于壳体(1)内部的用于容纳要处理的工件的淬火腔室(2)；两个侧向地并且在所述淬火腔室(2)外部设置的鼓风机(5和6)，所述鼓风机用于引导冷却气体经过淬火腔室(2)；通常两个用于对冷却气体进行冷却的换热器(11和12)，其特征在于，各一个换热器(11或12)配设给一个鼓风机(5或6)，并且在所述淬火腔室(2)上方和下方设置可移动的引导装置(17或18)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述换热器(11和12)构成为环形换热器(11和12)。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，每个环形换热器(11或12)包围配设的鼓风机(5或6)的叶轮(9或10)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述引导装置(17和18)分别包括一个引导箱(19或20)和配设给该引导箱的引导元件(21或22)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，每个引导箱(19或20)具有两个侧壁(23和24)，在所述侧壁之间设置有导向板(25)，所述导向板形成用于引导冷却气体的导向通道(26)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述引导箱(19和20)经由连接牵条(27和28)彼此连接并且能够由移动装置移动。
7.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，对于每个鼓风机(5和6)侧向地在淬火腔室(2)旁边在上方和下方分别设置一个进气开口(29)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述引导箱(19和20)的移动路径设计成，使得当导向通道(26)通过引导箱(19或20)打开时，鼓风机(5或6)的与所述引导箱(19或20)相邻的进气开口(29)由所述引导箱(19或20)的侧壁(23和24)封闭。
9.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述引导元件(21和22)固定在壳体(1)的内侧上。
10.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，每个引导元件(21或22)在横截面中v形地构成，引导箱(19或20)的朝向引导元件(21或22)的表面构成为，使得在引导箱(19或20)贴靠在引导元件(21或22)上的情况下封闭所述引导箱的导向通道(26)。
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