DD283455A5 - Vakuumofen zur waermebehandlung metallischer werkstuecke - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Vakuumofen zur Waermebehandlung metallischer Werkstuecke, mit dem eine rasche Aufheizung und eine rasche Abkuehlung von metallischen Werkstuecken mit Inertgasen in Vakuumoefen erreicht wird. Die Heizleiter sind als Rohre ausgebildet, zum Ofeninnenraum mit Bohrungen versehen und ueber elektrische Isolierstuecke mit einer Kuehlgasverteilungsvorrichtung verbunden.{Vakuumofen; Waermebehandlung metallischer Werkstuecke; rasche Aufheizung; rasche Abkuehlung; Inertgas; Rohre; Ofeninnenraum; Bohrung; Isolierstuecke; Kuehlgasverteilungsvorrichtung}

Description

Weiterhinist es von Vorteil, wenn die Wand derthermischen Isolierung imBereich der Kühlgasverteilungsvorrichtung mit einer verschließbaren Öffnung versehen ist. Damit kann während der Aufheizperiodeder Chargen eine Heizgasströmung unter Umgehung des Wärmetauschers im Ofeninnenraum aufrechterhalten werden. Bei teuren Kühlgasen ist es ebenfalls vorteilhaft, den Ofen mit einer Rückgewinnungsanlage für das Kühlgas zu versehen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: den Vakuumofen im Längsschnitt während der Aufheizphase; Fig.2: den Vakuumofen nach Fig. 1 während der Abkühiphase.

Der Ofen besteht aus einem zylindrischen Druckgehäuse 1, dessen eine Stirnfläche aIs Tür 2 ausgebildet ist, über die der Ofen be- und entladen werden kann. Ein Chargen raum 3 wird nach außen von einer thermischen Isolierung 4 in Form eines zylindrischen Rohres begrenzt, das aus einem thermischen Isoliermaterial besteht und an den Stirnflächen mit entsprechenden Wänden versehen ist, von denen wenigstens eine Wand 5 bewegbar ist. Diese thermische Isolierung 4 schirmt die Strahlung im Chargen raum 3 nach außen ab, so daß nur geringe Energieverluste entstehen. Innerhalb derthermischen Isolierung 4 sind im Chargenraum 3 ringsum die elektrischen Heizleiter (6) axial angeordnet, die als Heizrohre ausgebildet und zum Chargenraum 3 hin mit Bohrungen? versehen.sind. Diese Heizrohre 6 haben beispielsweiseeine Wandstärke von 1 bis 3 mm und eine lichte Weite von 40 bis 150mm. Der Durchmesser der Bohrungen 7 wird so bemessen, daß die Summe der Flächen der Bohrungen eines Heizrohres der Fläche der lichten Weite entspricht. Die Heizrohre 6 sind über elektrische Isolierstücke 8 an der Kühlgasverteilungsvorrichtung 9 befestigt, die mit dem Antriebsmotor 10 und dem Ventilator 11 an der der Tür 2 gegenüberliegenden Seite im Druckgehäuse 1 untergebracht ist. Die der Kühlgasverteilungsvorrichtung 9 benachbarte Wand 5 derthermischen Isolierung 4 ist mit einer Öffnung 12 versehen, die mit einem Schieber 13 verschlossen und geöffnet werden kann. Zwischen dem Druckgehäuse 1 und derthermischen Isolierung 4 sind wassergekühlte Wärmeaustauscherrohre 14 untergebracht.

Nach dem Be laden des Chargen raum es 3 mit beispielsweise Werkzeugen wird dieser mit einem Inertgas geflutet und aufgeheizt. Der Schieber 13 gibt die Öffnung 12 in derthermischen Isolierung frei, Fig. 1, so daß das Inertgas durch den Ventilator 11 in die Heizrohre 6 gedrückt werden kann, von wo es über die Bohrungen 7, die über die Länge der Heizrohre 6 verteilt sind, in den Cha rgenraum3eind ringt unddurch die Öffnung 12 in derthermischen Isolierung 4 wieder zum Ventilator 11 zu rückgeführt wird. Da das Inertgas über die Heizrohre 6 zugeleitet wird, nimmt es sehr rasch deren Temperatur an, was ein schnelles und homogenes Aufheizen der Charge durch das heißeGasim Dunkelstrahlungsbereich zur Folge hat. Durch das direkte Anströmen der Charge mit dem heißen Gas wird die Charge gleichmäßig auch im Innern aufgeheizt. Dieser Aufheizungsvorgang unter Schutzgas'wird bis etwa 750°C genutzt. Bei Härtebehandlungen, bei denen bis etwa 1 300⁰C erhitzt werden muß, wird dann das Inertgas aus dem Ofen entfernt und die weitere Erwärmung nur durch Wärmestrahlung vorgenommen, die in diesem Temperaturbereich sehr wirksam ist.

Zum Abschrecken der erhitzten Charge wird bei geschlossener Öffnung 12 der Ofen mit kaltem Inertgas mit Überdruck geflutet. Dabei wird die Wand 5 derthermischen Isolierung 4 von dem zylindrischen Rohr abgehoben, so daß ein Spalt entsteht und der Chargenraum 3 mit dem Raum zwischen Druckgehäuse 1 und thermischer Isolierung 4 in Verbindung steht, Fig.2. Das Kühlgas wird vom Ventilator 11 über die erkalteten Heizleiter 6 mit großer Geschwindigkeit in den Chargenraum 3 gedrückt, von wo aus es über die Wärmeaustauscherrohre 14 in die Kühlgasverteilungsvorrichtung 9 zurückfließt und erneut umgewälzt wird. Bei Verwendung entsprechender Inertgase, verbunden mit hohen Gasdrücken und Gasgeschwindigkeiten, werden mit den erfindungsgemäßen Vakuumöfen Abschreckintensitäten erreicht, die mit den in Ölabschreckbädern erreichbaren vergleichbar sind. Dadurch können auch andere Stahltypen als bisher mit einer Gaskühlung abgeschreckt und gehärtet werden. Die Heizleiter 6, die gleichzeitig als Gaszuleitungsrohre dienen, bestehen bevorzugt aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff. Der elektrisch leitende Querschnitt der Heizleiter 6, der für die Wärmeerzeugung maßgebend ist, und die für den Gasvolumenstrom maßgebliche innere Weite der Heizleiter 6 müssen dabei aufeinander abgestimmt sein. Die Kombination von Heizelement und Gaszuleitungsrohr bringt eine wesentliche fertigungstechnische Vereinfachung bei der Herstellung dieser Öfen mit sich. Wird zum Abschrecken ein teures Inertgas verwendet, so ist es vorteilhaft, dieses wieder zurückzugewinnen. Zu diesem Zweck wird das Kühlgas nach Beendigung des Abschreckvorganges mit einem Kompressor aus dem Ofeninnenraum abgepumpt und in einen Hochdruckspeicher gefördert, von wo aus es für weitere Anwendungen zur Verfugung steht.

Claims (4)

1. Vakuumofen zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke mit einem zylindrischen Druckgehäuse, in dem ein von axial ausgerichteten Heizleitern umgebener, mit einer thermischen Isolierung versehener Chargenraum und eine Gaskühleinrichtung angeordnet sind, mit der ein Kühlgas über Düsen durch den Chargenraum und über einen Wärmetauscher geleitet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleiter (6) als Rohre ausgebildet, zum Chargenraum hin mit Bohrungen (7) versehen und über elektrische Isolierstücke (8) mit einer Kühlgasverteilungsvorrichtung (9) verbunden sind.

2. Vakuumofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlgasverteilungsvorrichtung (9) mit einem Ventilator (11) versehen ist.

3. Vakuumofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der thermischen Isolierung (4) im Bereich der Kühlgasverteilungsvorrichtung (9) mit einer verschließbaren Öffnung (12) versehen ist.

4. Vakuumofen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückgewinnungsanlage für das Kühlgas im Vakuumofen angeordnet ist.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Vakuumofen zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke mit einem zylindrischen Druckgehäuse, in dem ein von axial ausgerichteten Heizleitern umgebener, mit einer thermischen Isolierung versehener Chargenraum und eine Gaskühleinrichtung angeordnet sind, mit der ein Kühlgas über Düsen durch den Chargenraum und über einen Wärmetauscher geleitet werden kann. Solche Vakuumöfen werden insbesondere für das Härten von Werkzeugen und Bauteilen aller Art aus vielerlei Stahlsorten benutzt. Zum Teil sind sie auch für andere Wärmebehandlungen einsetzbar, z.B. Glühen und Löten.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In den DE-PS 2839807 und 2844843 werden gattungsgemäße Vakuumöfen beschrieben. Sie bestehen im wesentlichen aus einem zylindrischen Druckgehäuse, in dem sich eine von thermischen Isolationswänden begrenzte, mit Heizelementen beheizte Chargenkammer und eine Gaskühleinrichtung befinden. Die Werkzeuge und Bauteile werden in der Chargenkammer unter Vakuum auf die Austenitisierungstemperatur aufgeheizt, und zum Abschrecken wird ein gekühltes Inertgas unter Druck im Ofen umgewälzt. Das Kühlgas strömt dabei mit hoher Geschwindigkeit auf die heiße Charge, entzieht dieser Wärmeenergie und wird über einen Wärmetauscher geleitet, wo es abgekühlt und wieder der Chargenkammer zugeführt wird. Die Einleitung des Kühlgases in die Chargenkämmer erfolgt gemäß der DE-PS 2839807 über Düsen, die auf gesonderten, axial ausgerichteten Gaseinleitrohren angebracht sind. Nachteil dieser Konstruktion ist der hohe Material- und Fertigungsaufwand für die Gaseinleitrohre im Ofen. Rohre und Düsen müssen aus hochtemperaturbeständigem Material bestehen. Die in der DE-PS 2844843 verwendeten Ventilatoren besitzen den Nachteil, daß das Kühlgas im beträchtlichen Umfang nur an der heißen Chargenoberfläche entlangströmt und nicht ins Chargeninnere eindringt.

Aus der DE-OS 1919493 ist es bekannt, im Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und etwa 750⁰C das Aufheizen der Charge zu beschleunigen, indem man im Ofen ein Inertgas mittels eines Ventilators umwälzt und so neben der Strahlung eine Konvektion erzeugt. Aber auch hierbei ist der Wärmeübergang zwischen Heizleiter und Charge nicht optimal.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, einen Vakuumofen zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke zur Anwendung zu bringen, der mit geringen Fertigungskosten hergestellt und mit unkomplizierten technologischen Mitteln betrieben werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vakuumofen zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke mit einem zylindrischen Druckgehäuse, in dem ein von axial ausgerichteten Heizleitern umgebener, mit einer thermischen Isolierung versehener Chargenraum und eine Gaskühleinrichtung angeordnet sind, mit der ein Kühlgas über Düsen durch den Chargenraum und über einen Wärmetauscher geleitet werden, zu schaffen, der eine möglichst schnelle und gleichmäßige Abkühlung der aufgeheizten Chargen gewährleistet, eine möglichst einfache Konstruktion besitzt und möglichst rasch aufheizbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Heizleiter als Rohre ausgebildet, zum Chargenraum hin mit Bohrungen versehen und über elektrische Isolierstücke mit einer Kühlgasverteilungsvorrichtung verbunden sind. Vorzugsweise ist die Kühlverteilungsvorrichtung mit einem Ventilator versehen, der das Kühlgas durch die Heizrohre drückt und aus dem Chargenraum wieder ansaugt.