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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage für Wärmebehandlungen von Metallen,
insbesondere für
das Härten
und das Vergüten
von Stahl.
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Bekanntlich
basieren die Wärmebehandlungen
von Metallen auf dem Erwärmen
und Abkühlen bei
vorgegebenen Temperaturen und für
vorgegebene Zeiten, um bestimmte Eigenschaften der behandelten Metalle über eine Änderung
ihrer inneren Struktur zu verbessern.
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So
basiert zum Beispiel die Wärmebehandlung
des Härtens
von Stahl auf einer Phase des Erwärmens des Stahls bei Temperaturen,
die bei einigen Arten von Stahl sogar über 1000°C liegen können, gefolgt von einer Phase
des schnellen Abkühlens
durch Eintauchen, normalerweise in Wasser oder in andere Abkühlflüssigkeiten.
Die Behandlung des Vergütens
besteht dagegen aus einer Härtebehandlung,
gefolgt von einer Phase des Anlassens, das sich wiederum aus einer
Erwärmung
bei einer Temperatur normalerweise zwischen 550°C und 650°C und einem langsamen Abkühlen an
der Luft oder im Ofen zusammensetzt.
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Zum
Ausführen
dieser Behandlungen bei größeren Stahlstücken werden
die Stücke
zur Zeit gewöhnlich
mittels Laufkran-Vorrichtungen auf Halteplattformen angeordnet,
die in geeigneter Weise mit hitzefesten Materialien überzogen
sind und in dem Wärmofen
angeordnet werden. Nach dem Erwärmen werden
die behandelten Stücke,
wiederum mittels Laufkran-Vorrichtungen, von der zuvor verwendeten Plattform
abgenommen und auf eine zweite Plattform geladen, die zum Eintauchen
in ein Becken mit einer Kühlflüssigkeit
dient, in der das Abkühlen
der Stücke erfolgt.
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Wenn,
wie es beim Vergüten
der Fall ist, ein zweites Erwärmen
notwendig ist, müssen
die Stücke nach
dem Herausnehmen aus dem Becken nochmals auf die zum Einführen in
den Ofen bestimmte Plattform oder den zum Einführen in den Ofen bestimmten
Wagen überführt werden.
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Der Übergang
von einer Plattform zur anderen ist bei den herkömmlichen Anlagen notwendig, da
eine Plattform benötigt
wird, die, um gegen die hohen Temperaturen des Ofens beständig zu
sein, angemessen mit hitzefesten Materialien überzogen sein muss, die jedoch
aufgrund ihrer Beschaffenheit nicht in Kühlflüssigkeiten wie beispielsweise
Wasser getaucht werden können,
da diese Flüssigkeiten
die schnelle Zersetzung der hitzefesten Materialien hervorrufen
würden.
Daher ist zum Eintauchen der Stücke
in das Becken eine weitere Plattform nötig, die gewöhnlich aus
Stahl besteht, das jedoch den hohen Temperaturen beim Erwärmen im
Inneren des Ofens nicht standhält.
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Die
Zeiten, die zum Überführen von
einer Plattform zur anderen notwendig sind, wirken sich merklich
auf die Dauer und damit auf die Gesamtkosten der Wärmebehandlung
aus. Zudem ist zum Ausführen
dieses Überführens der
Einsatz von Arbeitskräften
erforderlich, die in einer gesundheitsschädlichen und unfallträchtigen
Umgebung arbeiten müssen.
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Auch
erlauben die für
das Überführen erforderlichen
Zeiten häufig
nicht das genaue Einhalten der Zeiten, die zum Ausführen einer
korrekten Wärmebehandlung
vorgesehen sind.
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Aus
der
DE 2018862 ist eine
Wärmebehandlungseinrichtung
mit einem Ofen zum Aufheizen, einem Tank zum Abschrecken und einer
Transportvorrichtung zum Überführen der
Teile aus dem Ofen in den Tank bekannt.
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Die
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anlage
für Wärmebehandlungen
von Metallen, insbesondere für
das Härten und
das Vergüten
von Stahl anzugeben, die es erlaubt, die Arbeitsschritte zum Bewegen
der zu behandelnden Stücke
zu vereinfachen und zu beschleunigen.
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Im
Rahmen dieser Aufgabe ist eine Anlage anzugeben, die es erlaubt,
das Bewegen der Stücke während der
Wärmebehandlung
auf stark automatisierte Art und Weise auszuführen.
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Ferner
ist eine Anlage anzugeben, die es erlaubt, die Zeiten zum Erwärmen und
zum Abkühlen, insbesondere
was den Übergang
vom Erwärmen zum
Abkühlen
betrifft, auch bei den kritischsten Zyklen der Wärmebehandlung genau einzuhalten.
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Als
weitere Aufgabe ist eine Anlage anzugeben, durch die auch die Gesamtkosten
der Wärmebehandlungen
gesenkt werden können.
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Diese
und weitere Aufgaben, die im Folgenden deutlicher werden, löst eine
Anlage für
Wärmebehandlungen
von Metallen, insbesondere für
das Härten
und das Vergüten
von Stahl mit einem Wärmofen
und Mitteln zum Bewegen des der Wärmebehandlung zu unterziehenden
Materials. Die Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel
zum Bewegen einen beweglichen Wagen enthalten, der mit Stützelementen
versehen ist, die eine Auflageebene für das der Wärmebehandlung zu unterziehende
Material bilden, wobei der Ofen eine Sohle hat, die aus einer geschlossenen
Stellung, in der sie zwischen den Stützelementen unterhalb der Auflageebene
angeordnet ist, um den übrigen
Teil des Wagens unterhalb und außerhalb des Ofens zu lassen,
in eine geöffnete Stellung gesteuert bewegbar ist, in der
sie von dem Wagen gelöst
ist, um das Entfernen des Wagens aus dem Ofen oder das Einführen des
Wagens in den Ofen zu ermöglichen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich größtenteils
aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Anlage,
das als nicht einschränkendes
Beispiel in den beigefügten
Figuren dargestellt ist, in denen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage, von vorne betrachtet und
in einer vertikalen Ebene geschnitten, wobei die Sohle des Ofens
in der geschlossenen Stellung angeordnet ist;
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2 einen
Schnitt der 1 entlang der Achse II-II;
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3 eine
schematische Darstellung der Anlage der 1, wobei
die Sohle des Ofens in der geöffneten
Stellung angeordnet ist;
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4 eine
schematische Schnittansicht der 3 entlang
der Achse IV-IV, wobei der Wagen völlig in ein Becken mit einer
Abkühlflüssigkeit
eingetaucht ist;
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5 eine
schematische Ansicht des Ofens, entsprechend der in 3 angedeuteten
Ebene V-V geschnitten; und
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6 eine
schematische Schnittansicht der 5 entlang
der Achse IV-IV.
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Wie
in den Figuren dargestellt, enthält
die erfindungsgemäße Anlage
für Wärmebehandlungen von
Metallen, insbesondere von Stahl, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet
ist, einen Wärmofen 2 und
Mittel zum Bewegen des einer Wärmebehandlung
zu unterziehenden Materials 20.
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Gemäß der Erfindung
umfassen die Mittel zum Bewegen einen beweglichen Wagen 3,
der mit Stützelementen 4 versehen
ist, die eine vorzugsweise im Wesentlichen horizontale Auflageebene 5 für das einer
Wärmebehandlung
zu unterziehende Material 20 definieren, das im Allgemeinen
aus Werkstücken,
insbesondere aus Stahlstücken
unterschiedlicher Formen und Größen besteht.
Der Ofen 2 hat eine Sohle 6, die aus einer geschlossenen
Stellung, in der sie zwischen den Stützelementen 4 unterhalb der
Auflageebene 5 angeordnet ist, so dass der übrige Teil
des Wagens 3 unterhalb und außerhalb des Ofens 2 gelassen
wird, in eine geöffnete
Stellung gesteuert bewegbar ist, in der sie von dem Wagen 3 gelöst ist,
um das Entfernen des Wagens 3 aus dem Ofen 2 oder
das Einführen
des Wagens 3 in den Ofen 2 zu ermöglichen.
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Die
Anlage enthält
ferner ein Becken 7, das eine Abkühlflüssigkeit, wie beispielsweise
Wasser oder eine andere geeignete Flüssigkeit enthält, und eine
Plattform 8, die in einer im Wesentlichen horizontalen
Ebene in dem Becken 7 angeordnet und zum Tragen des Wagens 3 geeignet
ist. Die Plattform 8 ist in einer im Wesentlichen vertikalen
Richtung gesteuert verfahrbar, um das Eintauchen des auf der Plattform 8 angeordneten
Wagens 3 in die Abkühlflüssigkeit
oder das Entfernen des Wagens aus der Abkühlflüssigkeit zu bewerkstelligen.
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Vorzugsweise
hat der Wagen 3 eine in der Richtung parallel zur Bewegungsrichtung
des Wagens 3 längliche
Form, um sein Einführen
in den Ofen 2 oder sein Entfernen aus dem Ofen 2 auszuführen.
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Die
Stützelemente 4 bestehen
aus einem Material, das in der Lage ist, die Last der Stücke 20 sowohl
bei Umgebungstemperatur als auch bei den in dem Ofen erreichbaren
Temperaturen (gewöhnlich um
die 1100°C)
zu tragen und dem Eintauchen in die Abkühlflüssigkeit in dem Becken 7 standzuhalten. Die
Stützelemente 4 bestehen
vorzugsweise aus gewalztem warmfestem Stahl, wie beispielsweise
den Stahlarten AISI 310/INCONEL 600.
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Die
Form der Stützelemente 4 kann
in Abhängigkeit
der einer Wärmebehandlung
zu unterziehenden Stücke 20 variieren,
die von ihnen zu tragen sind. Beispielsweise können die Stützelemente 4 gerade
oder schalenförmig
sein.
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Die
Stützelemente 4 können außerdem periodisch
ausgetauscht werden.
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Vorzugsweise
hat der Wagen 3 eine Form mit rechteckigem Grundriss, und
die Stützelemente 4 bestehen
aus Querträgern,
die quer zu den längeren Seiten
des Wagens angeordnet und parallel zueinander entlang dem Längsverlauf
des Wagens 3 beabstandet sind.
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Die
Querträger 4 sind
an der Tragekonstruktion des Wagens 3 befestigt, die aus
untereinander verschraubten und/oder verschweißten Stahlträgern besteht
und komplett unterhalb der Querträger 4 angeordnet ist.
Die Tragekonstruktion des Wagens 3 ist an der Unterseite
mit Paaren von Rädern 9 versehen, die
mit Schienen 10 in Eingriff zu bringen sind, die einen
Bewegungsweg für
den Wagen 3 definieren, wie im Folgenden deutlicher wird.
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Das
Verschieben des Wagens 3 entlang den Schienen 10 kann
auf an sich bekannte Art und Weise ausgeführt werden, beispielsweise
je nach den Anforderungen mittels eines Systems bestehend aus Zahnrad
und Zahnstange oder von Seilen oder Ketten geschleppt.
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Der
Ofen 2 ist vorzugsweise aus zwei Hälften 2a, 2b zusammengesetzt,
die einander in einer im Wesentlichen vertikalen Mittelebene 11 gegenüberstehen,
die parallel zur Bewegungsrichtung des Wagens 3 ist, um
sein Einführen
in den Ofen 2 und sein Entfernen aus dem Ofen 2 auszuführen.
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In
der praktischen Ausführung
besteht jede Hälfte 2a, 2b des
Ofens 2 aus einer Seitenwand des Ofens, der Hälfte des
Gewölbes
oder der oberen Wand, der Hälfte
der Sohle 6 und jeweils der Hälfte der vorderen und der hinteren
Wand.
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Die
beiden Hälften 2a, 2b des
Ofens 2 sind von einer Tragekonstruktion 22 derart
gehalten, dass sie entlang einer Richtung senkrecht zur Mittelebene 11 derart
verschiebbar sind, dass sie zum Schließen des Ofens 2 einander
angenähert
und zum öffnen des
Ofens 2 voneinander entfernt werden können.
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Das
Verfahren der beiden Hälften 2a, 2b beim
gegenseitigem Annähern
oder Entfernen kann mittels bekannter Mittel ausgeführt werden,
beispielsweise je nach den Erfordernissen mittels elektromechanischer,
hydraulischer oder pneumatischer Betätiger, die der Einfachheit
halber nicht dargestellt sind.
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Die
Sohle 6 des Ofens 2 ist vorzugsweise von der Mittelebene 11 in
zwei einander im Wesentlichen gleiche Teile geteilt, und jede dieser
Hälften
der Sohle 6 hat Kämme
mit Zähnen 12,
die beim gegenseitigen Annähern
der beiden Hälften 2a, 2b zwischen
die Querträger 4 des
Wagens 3 einführbar sind,
um das Schließen
der Sohle 6 des Ofens unterhalb der Auflageebene 5 auszuführen. In
der praktischen Ausführung
sind die Zähne 12 der
Sohle 6 entsprechend den Zwischenräumen zwischen den Querträgern 4 geformt,
und der Abstand zwischen den Zähnen
entspricht jeweils dem Abstand zwischen den Querträgern 4,
so dass die Zähne 12 bei gegenseitig
angenäherten
Hälften
des Ofens 2, wenn der Wagen 3 im Inneren des Ofens 2 angeordnet
ist, zwischen die Querträger 4 eingreifen
und so das Schließen
der Sohle 6 unterhalb der Auflageebene 5 bewirken
und dabei den Teil des Wagens 3 außerhalb des Ofens 2 lassen,
der sich unterhalb der Querträger 4 befindet.
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Die
Innenwände
des Ofens 2, einschließlich der
Zähne 12 der
Sohle 6, die zwischen die Querträger 4 des Wagens 3 einführbar sind,
sind mit einer wärmeisolierenden
Schicht überzogen.
Zumindest die wärmeisolierende
Schicht, die die Zähne 12 der Sohle 6 überzieht,
hat eine gewisse Elastizität,
so dass sie mit den einander zugewandten Flanken der Querträger 4,
zwischen die die Zähne 12 eingeführt werden,
in Kontakt kommt und sich von diesen löst.
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Auch
die Plattform 8 ist durch Verschweißen und/oder Verschrauben von
Stahlträgern
gebildet und hat auf ihrer Oberseite Schienen 10, die zum
Bewegungsweg des Wagens 3 gehören.
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Die
Plattform 8 ist mittels eines Komplexes aus Rollen 13 oder
Ritzeln in dem Becken 7 aufgehängt, die mit Seilen 14 oder
Ketten in Eingriff stehen, die wiederum mit von der Plattform 8 gehaltenen Rollen 15 oder
Ritzeln in Eingriff stehen. Die Seile 14 oder Ketten sind
betätigbar,
um das Eintauchen der Plattform 8 in die Abkühlflüssigkeit
in dem Becken 7 zu bewerkstelligen oder um das Entfernen
der Plattform 8 aus der Abkühlflüssigkeit in dem Becken 7 auszuführen und
um die Plattform 8 mit ihren Schienen 10 mit den
anderen Schienen in Fluchtung zu bringen, die den Bewegungsweg des
Wagens 3 definieren. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden
zum Ausführen
des Anhebens und des Absenkens der Plattform 8 in dem Becken 7 Seile 14 verwendet,
die sich um Trommeln winden, die mittels einer seitlich des Beckens 7 angeordneten
Getriebemotorbaugruppe 16 angetrieben werden. Die Wanne 7 besteht
aus Stahl und ist im Inneren eines unterirdischen Raums 19 angeordnet,
der von Betonwänden
begrenzt ist und in dem auch die Getriebemotorbaugruppe 16 Platz
findet.
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Vorteilhafterweise
ist der Ofen 2 über
dem Becken 7 angeordnet. Genauer gesagt ist der Ofen 2 mittels
der Tragekonstruktion 22 so über dem Becken 7 angebracht,
dass die Zeit, die zwischen dem Ende des in dem Ofen 2 durchgeführten Erwärmens und dem
Beginn des Abkühlens
verstreicht, das durch Eintauchen des Wagens 3 in die im
Becken 7 enthaltene Abkühlflüssigkeit
erfolgt, so weit wie möglich verkürzt wird.
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Außerdem sind
in dem Becken 7 Mittel zur Rezirkulation der Abkühlflüssigkeit
vorgesehen, um die Effektivität
des Abkühlens
zu steigern. Diese Mittel zur Rezirkulation können beispielsweise aus Schrauben
bestehen, die gesteuert betätigbar
und gegebenenfalls auf der Plattform 8 montiert sind.
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Die
Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anlage
ist folgende.
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Das
der Wärmebehandlung
zu unterziehende Material 20 wird mittels einer Vorrichtung
bekannter Art, beispielsweise einer Laufkran-Vorrichtung, auf die
Querträger 4 des
Wagens 3 gelegt. Darauf wird der Wagen 3 so entlang
den Schienen 10 bewegt, dass er zwischen den beiden Hälften 2a, 2b des
Ofens 2 angeordnet wird, die voneinander entfernt angeordnet
sind, um das Einführen
des Wagens 3 dazwischen zu ermöglichen. Die beiden Hälften 2a, 2b des
Ofens 2 werden dann einander angenähert, um den Ofen 2 zu
schließen.
Während
der Annäherung
der beiden Hälften 2a, 2b greifen
die Zähne 12 der
die Sohle 6 des Ofens 2 bildenden Kämme zwischen
die Querträger 4 des
Wagens 3 ein und bewirken das Schließen des Ofens 2 um
das Material 20. Es sei darauf hingewiesen, dass, wenn
der Ofen 2 um das Material 20 geschlossen ist,
nur die Querträger 4 innerhalb
des Ofens 2 angeordnet sind, während der übrige Teil des Wagens 3 außerhalb
des Ofens 2 verbleibt und daher nicht den im Inneren des Ofens 2 erreichten
Temperaturen ausgesetzt ist.
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Der
Ofen 2 wird dann in Gang gesetzt, beispielsweise durch
Brenner 18, so dass das Material 20 für eine vorgegebene
Zeit auf die erforderliche Temperatur gebracht wird.
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Sobald
das Erwärmen
des Materials 20 beendet ist, werden die beiden Hälften 2a, 2b des Ofens 2 voneinander
weg bewegt, so dass die Sohle 6 des Wagens 3 freigegeben
wird, der dann durch Bewegen entlang den Schienen 10 aus
dem Ofen entfernt werden kann, um auf die Plattform 8 gebracht
zu werden, die sich über
dem Spiegel der in dem Becken 7 enthaltenen Abkühlflüssigkeit
befindet.
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Bei
dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Wagen
bereits auf der Plattform 8 angeordnet, wenn er sich bei
dem Ofen 2 befindet, da der Ofen 2 über dem
Becken angeordnet ist.
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Wenn
der Wagen 3 auf der Plattform 8 angeordnet ist,
wird die Plattform 8 abgesenkt, so dass das Eintauchen
des Materials 20 in die in dem Becken 7 enthaltene
Abkühlflüssigkeit
ausgeführt
wird. Es sei darauf hingewiesen, dass das Eintauchen des Materials 20 in
die in dem Becken 7 enthaltene Abkühlflüssigkeit durch den Beitrag
der Schwerkraft sehr schnell erfolgen kann.
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Nach
dem Abkühlen
des Materials 20 wird die Plattform 8 wieder angehoben,
so dass das Material 20 aus der in dem Becken 7 enthaltenen
Abkühlflüssigkeit entfernt
wird. Wenn es sich bei der auszuführenden Wärmebehandlung um das Härten handelt,
wird der Wagen 3 danach entlang den Schienen 10 und
entlang den anderen Schienen bewegt, die sich außerhalb des Beckens 7 befinden
und zum Bewegungsweg des Wagens 3 gehören, so dass die Plattform 8 freigegeben
wird und das Material 20 abtransportiert wird.
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Wenn
es sich bei der Wärmebehandlung
um das Vergüten
handelt, wird der Ofen 2, bevor der Wagen 3 entfernt
wird, für
ein weiteres Erwärmen
des Materials 20 nochmals geschlossen und danach erneut
geöffnet,
um das Entfernen des Wagens 3 zu ermöglichen.
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In
der praktischen Anwendung hat sich gezeigt, wie die erfindungsgemäße Anlage
die gestellte Aufgabe voll erfüllt,
da sie es ermöglicht,
die Arbeitsschritte zum Bewegen des der Wärmebehandlung unterzogenen
Materials zu vereinfachen und zu beschleunigen, insbesondere was
den Übergang
des Materials von dem Wärmofen
zu dem die Abkühlflüssigkeit
enthaltenden Becken betrifft.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage besteht darin, dass
sie stark automatisiert werden kann, was den Einsatz von Arbeitskräften einschränkt.
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Die
verkürzten
Zeiten, die für
den Übergang des
der Wärmebehandlung
unterzogenen Materials von dem Wärmofen
zu dem die Abkühlflüssigkeit
enthaltenden Becken notwendig sind, erlauben das genaue Einhalten
der erforderlichen Zeiten für
die kritischsten Wärmebehandlungen,
die einen extrem schnellen Übergang
von der Erwärmungsphase
zu der Abkühlphase
verlangen.
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Zahlreiche
Modifikationen und Änderungen der
so konzipierten Anlage sind möglich,
die alle im Rahmen des Erfindungsgedankens liegen. Zudem können alle
Details durch andere, technisch gleichwertige Elemente ersetzt werden.
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Bei
der praktischen Ausführung
sind die verwendeten Materialien, so lange sie mit dem jeweiligen
Verwendungszweck kompatibel sind, sowie die Abmessungen je nach
den Erfordernissen frei wählbar.