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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wärmebehandlungsvorrichtung. Zum Beispiel bezieht sie sich auf eine Wärmebehandlungsvorrichtung, die zur Verwendung beim Abschrecken von Werkstücken und dergleichen geeignet ist. Es wird Priorität von der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2008/180671 , eingereicht am 10. Juli 2008, und der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2009/046841 , eingereicht am 27. Februar 2009, beansprucht, deren Inhalte hiermit durch Literaturhinweis eingefügt sind.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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In Fällen, in denen eine Hochgeschwindigkeitskühlung in einer Wärmebehandlungsvorrichtung erforderlich ist, die eine Wärmebehandlung durchführt, wie zum Beispiel sogenanntes Abschrecken mittels Erwärmen und Kühlen von Metallmaterial, das der Gegenstand der Behandlung ist, wurden bisher Kühlvorrichtungen, die ein Ölkühlsystem verwenden, oder Kühlvorrichtungen eingesetzt, die ein Gaskühlsystem verwenden. In Bezug auf die obenerwähnten Kühlvorrichtungen, die ein Ölkühlsystem verwenden, ist die Kühleffizienz hervorragend, jedoch besteht das Problem, dass eine genaue Kühlungssteuerung nahezu unmöglich ist und dass die der Wärmebehandlung unterzogenen Gegenstände dazu neigen, sich zu verformen. Andererseits wird in Bezug auf Kühlvorrichtungen, die ein Gaskühlsystem verwenden, die Kühlungssteuerung durch die Steuerung der Gasströmungsrate erleichtert, wobei hervorragende Ergebnisse in Bezug auf die Verformung der der Wärmebehandlung unterzogenen Gegenstände erzielt werden, jedoch besteht das Problem, dass die Kühleffizienz gering ist.
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Daher ist im Patentdokument 1 eine Technik offenbart, die eine verbesserte Kühlungssteuerbarkeit und Kühlungseffizienz anstrebt durch Anordnen von Flüssigkeitsdüsen und Gasdüsen um die der Wärmebehandlung unterzogenen Gegenstände, Zuführen von Kühlflüssigkeit aus den Flüssigkeitsdüsen mittels eines Sprühverfahrens und Zuführen von Kühlgas aus den Gasdüsen.
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Als weiterer Stand der Technik seien die folgenden Dokumente erwähnt:
Die
DE 698 08 916 T2 betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer Wärmebehandlung bei Stahlringen, insbesondere für Lager, bei dem die äußere Oberfläche und die innere Oberfläche eines vorerwärmten Rings verschiedenen Strömen eines Kühlmediums ausgesetzt werden, so dass die Bereiche von diesen Oberflächen unterschiedlichen Abkühlungsprozessen unterzogen werden, und die Stromzuführung auf eine solche Weise gesteuert wird, dass ein gewünschtes Eigenspannungsmuster in dem Ring erhalten wird, indem man die Ausbreitung einer Phasenumwandlung von Austenit- zur Martensit-Materialstruktur steuert. Dabei wird ein aus einer Kombination von Flüssigkeit und Gas bestehendes Kühlmedium anwendet und der Ring in axialer Richtung in seinen Innendurchmessern festklemmt, wobei die Klemmkraft auf eine solche Weise gesteuert wird, dass eine Unrundheit infolge der Abkühlungsprozesse auf ein Minimum beschränkt wird, und wobei die in axialer Richtung ausgeübte Klemmkraft in Bezug zur Temperaturabnahme des Rings bis unter die Martensit-Übergangstemperatur gesteuert wird.
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Die
DE 21 65 049 A betrifft eine Vorrichtung zum Abschrecken bzw. zum beschleunigten Abkühlen von Metall, wobei in der Vorrichtung eine Vielzahl von Paaren von Nebelsprühdüsen mit an der oberen und unteren Seite des Metalls quer zu demselben angeordneten und in seiner Bewegungsrichtung voneinander abgesetzten oberen und unteren Paaren. von Nebelsprühdüsen, weiterhin Einrichtungen, die zum stark beschleunigten Aufbringen von Nebel auf die obere und untere Metallfläche den Nebelsprühdüsen Druckluft und Kühlflüssigkeit zuführen, und schließlich Einrichtungen vorgesehen sind, die das Verhältnis regeln, mit dem Wasser und Luft den Nebelsprühdüsen zugeführt wird.
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Die
JP 11 050 137 A betrifft das Problem, Transformationsspannungen bei einer Martensit-Transformation mit einer ferritischen Struktur zu entspannen und die Entwicklung von Abschreckungsrissen, Deformationen, usw. zu begrenzen. Zur Lösung dieses Problems wird, der geformte und bearbeitete Pin eines Objekts mittels einer Tragevorrichtung in einen Heizofen überführt und in der gesamten Struktur austenitisiert. Sukzessive wird der erhitzte Pin zunächst in einer Temperaturhaltevorrichtung bei einer Temperatur gehalten, die z. B. 10 bis 30°C niedriger liegt als die Austenitisierungstemperatur, um eine sehr kleine Menge des Ferrits in den Pin zu präzipitieren. Danach wird, unter dieser Bedingung, der Pin mittels der Tragevorrichtung in eine Schnellkühlvorrichtung überführt, um den Pin schnell von der Oberflächenseite aus mit Kühlwasser zu kühlen.
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Die
JP 2005 002 398 A betrifft das Problem, ein Verfahren zum Abschrecken eines Werkstücks bereitzustellen, das dem Werkstück durch schnelles Abkühlen geeignete mechanische Eigenschaften verleiht während das Auftreten von Spannungen in dem Werkstück vermieden wird. Zur Lösung dieses Problems wird eine Kühlvorrichtung verwendet, um ein Werkstück aus einer Aluminiumlegierung abzuschrecken, wobei die Vorrichtung eine Sprühdüse zum Aufsprühen eines Wassernebels eines Kühlmediums auf das Werkstück und eine Luftdüse zum Erzeugen einer Strömung einer Antriebsluft, die dem Wassernebel kinetische Energie hinzufügt, umfasst.
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Die
JP 11 153 386 A betrifft das Problem, einen Multi-Kühlungs-Vakuumofen bereitzustellen, um eine Flüssigkeitssprühkühlung mit einer Kühlflüssigkeit, wie etwa Öl, zusätzlich zu einer Vakuumkühlung, einer Gaskühlung, und einer Gasgebläsekühlung an einem inneren Teil zu bewirken, wobei unter anderem eine effektive Gasgebläsekühlung nach der Flüssigkeitssprühkühlung ermöglicht wird. Zur Lösung dieses Problems sind in einem Mehrkammer-Vakuumheizofen mit einer Kühlkammer eine Düse für Flüssigkeiten und eine Düse für Gas in einem Zustand angeordnet, in dem sie ein Werkstück umgeben. Eine Kühlflüssigkeit und eine Waschflüssigkeit zum Waschen der Kühlflüssigkeit werden geschaltet und der Düse für Flüssigkeiten zugeführt, und ein Kühlgas wird der Düse für Gas zugeführt.
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Die
WO 99/02744 A1 ist ein Familienmitglied der
DE 698 08 916 T2 und betrifft daher ebenfalls das vorstehend beschriebene Verfahren zur Durchführung einer Wärmebehandlung bei Stahlringen, insbesondere für Lager.
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Die
JP 10 121 115 A betrifft das Problem, ein Metallpulver hoher Qualität durch Verhindern einer Kontamination des Pulvers mit den Verunreinigungen aus der Atmosphäre zum Zeitpunkt der Herstellung des Metallpulvers zu erhalten. Zur Lösung dieses Problems wird ein spezielles Gerät verwendet, das mit einer Schmelzkammer, welche einen Behälter für das Rohmaterial umfasst, sowie mit einer Kühlungskammer, welche einen Kühlzylinder umfasst, versehen ist. Eine Gate-Ventil ist an der Öffnung, über die die beiden Kammern miteinander kommunizieren, vorgesehen, und das Vakuumschmelzen in der Schmelzkammer und das Füllen der Kühlungskammer mit einem Inert-Gas wird unabhängig voneinander und parallel durchgeführt.
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LITERATUR DES STANDES DER TECHNIK PATENTLITERATUR
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- Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, erste Offenlegungsschrift Nr. H11/153386
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME:
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Beim obenerwähnten Stand der Technik (Patentdokument 1) bestehen jedoch die folgenden Probleme.
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In dem Fall, in dem das Kühlen in Bezug auf mehrere Gegenstände der Wärmebehandlung kollektiv durchgeführt wird, ist es schwierig, das Kühlen gleichmäßig durchzuführen, wobei Unregelmäßigkeiten beim Kühlen auftreten können. Genauer, es besteht in Bezug auf die Gegenstände der Wärmebehandlung das Problem, dass tendenziell Oberflächen, die die Zuführung von Kühlflüssigkeit erleichtern, und Oberflächen, die deren Zufuhr behindern, vorkommen und dass Temperaturverteilungen auftreten, selbst wenn das Kühlen durchgeführt wird, was einen Grund für die Verformung von Gegenständen der Wärmebehandlung bildet.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obenerwähnte Umstände gemacht, wobei ihre Aufgabe ist, eine Wärmebehandlungsvorrichtung zu schaffen, die es erlaubt, eine Beanspruchung und Verformung von Werkstücken in ausreichender Weise zu minimieren.
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MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
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Um die obenerwähnte Aufgabe zu lösen, verwendet die vorliegende Erfindung die folgende Konfiguration.
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Die Wärmebehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist eine Wärmebehandlungsvorrichtung, die mit einer Kühlkammer zum Kühlen von Werkstücken, die aufgeheizt worden sind, versehen ist, wobei eine Kühleinheit, die in der obenerwähnten Kühlkammer vorgesehen ist, enthält: eine Fördereinrichtung, die die obenerwähnten mehreren Werkstücke gleichzeitig und uniseriell befördert; eine Nebelkühlvorrichtung, die so angeordnet ist, dass sie die Beförderungsbahn der obenerwähnten Fördereinrichtung, die sich in eine Richtung erstreckt, umgibt, und die eine nebelartige Kühlflüssigkeit zuführt; und eine Gaskühlvorrichtung, die so angeordnet ist, dass sie die Beförderungsbahn der obenerwähnten Fördereinrichtung umgibt, und die Kühlgas zuführt, wobei die Nebelkühlvorrichtung eine Mehrzahl von ersten rohrförmigen Körpern, die so vorgesehen sind, dass sie längs der Beförderungsbahn verlaufen und die Beförderungsbahn umgeben, und die die Kühlflüssigkeit zuführen, sowie erste Düsen aufweist, die in jedem der Mehrzahl von ersten rohrförmigen Körpern in einer voneinander getrennten Weise entlang der Beförderungsbahn vorgesehen sind, die Gaskühlvorrichtung eine Mehrzahl von zweiten rohrförmigen Körpern, die so vorgesehen sind, dass sie längs der Beförderungsbahn verlaufen und die Beförderungsbahn umgeben, und die das Kühlgas zuführen, sowie zweite Düsen aufweist, die in jedem der Mehrzahl von zweiten rohrförmigen Körpern in einer voneinander getrennten Weise entlang der Beförderungsbahn vorgesehen sind, die Mehrzahl von ersten und zweiten rohrförmigen Körpern um die Beförderungsbahn herum angeordnet sind und in einer Umfangsrichtung abwechselnd um die Beförderungsbahn herum angeordnet sind, jede der ersten Düsen und der zweiten Düsen so angeordnet ist, dass sie auf die Beförderungsbahn gerichtet ist, und die Nebelkühlvorrichtung und die Gaskühlvorrichtung angepasst sind, die Kühlflüssigkeit, die in Nebelform von den ersten Düsen in die Kühlkammer gesprüht wird, durch eine Strömung des Kühlgases, das von den zweiten Düsen zugeführt wird, zu dispergieren und eine gleichförmige Atmosphäre in der Kühlkammer zu erzeugen.
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Mit der Wärmebehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es dementsprechend möglich, die Bildung eines Dampffilms auf den Oberflächen von Werkstücken zu unterbinden durch Regulieren der Zuführungsmenge der nebelartigen Kühlflüssigkeit zu den Werkstücken auf der Beförderungsbahn. Unter Verwendung der latenten Verdampfungswärme ist es ferner möglich, Werkstücke mit hoher Kühleffizienz zu kühlen. Außerdem können die Werkstücke mit einem hohen Grad an Steuerbarkeit gekühlt werden, indem die Zuführungsmenge entsprechend der Kühleffizienz der Werkstücke eingestellt wird. Da die zu kühlenden Werkstücke in einer einzigen Reihe befördert werden, wird dann, wenn die nebelartige Kühlflüssigkeit von der Nebelkühlvorrichtung zugeführt wird, die um den Umfang angeordnet ist, die Kühlflüssigkeit gleichmäßig dem gesamten Wärmebehandlungsobjekt zugeführt, ohne dass Stellen vorkommen, an denen die Zufuhr der Kühlflüssigkeit aufgrund der Abschirmung durch ein weiteres Behandlungsobjekt behindert wird. Mit der vorliegenden Erfindung ist es folglich möglich, Werkstücke gleichmäßig zu kühlen und die Beanspruchung und Verformung von Werkstücken zu unterdrücken, die aufgrund einer Temperaturverteilung und dergleichen auftritt. Ferner ermöglicht die vorliegende Erfindung eine zuverlässige Zufuhr von Kühlflüssigkeit zu dem gesamten Behandlungsobjekt, und ermöglicht eine gleichmäßige Kühlungsbehandlung, die in Bezug auf die Werkstücke zuverlässiger durchgeführt wird. Außerdem ermöglicht die vorliegende Erfindung der Kühlflüssigkeit, die den rohrförmigen Körpern zugeführt wird, gleichmäßig in einem Nebel versprüht zu werden, und ermöglicht, dass das Kühlen bezüglich des gesamten Behandlungsobjekts gleichmäßig durchgeführt wird.
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Bezüglich der obenerwähnten Kühleinheit kann in geeigneter Weise eine Konfiguration verwendet werden, in der mehrere Kühleinheiten parallel vorgesehen sind.
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Hierdurch wird es mit der vorliegenden Erfindung möglich, das Kühlen von Werkstücken parallel durchzuführen, während eine Beanspruchung und Verformung der Werkstücke unterdrückt wird, um somit einen Beitrag zu einer gesteigerten Produktivität zu ermöglichen.
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Im vorangehenden Fall kann in geeigneter Weise eine Konfiguration verwendet werden, in der die obenerwähnten mehreren Kühleinheiten innerhalb derselben Kühlkammer angeordnet sind.
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In dem Fall, in dem eine Kühlkammer für jede Kühleinheit vorgesehen ist, werden die Abmessungen der Vorrichtung vergrößert. Mit der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, eine Vergrößerung der Kühlkammer selbst in dem Fall zu unterdrücken, in dem Werkstücke parallel gekühlt werden.
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In Bezug auf die obenerwähnte Wärmebehandlungsvorrichtung kann ferner in geeigneter Weise eine Konfiguration verwendet werden, in der die obenerwähnte Mehrzahl von ersten rohrförmigen Körpern in näherungsweise gleichen Intervallen in Umfangsrichtung zentriert auf die obenerwähnte Beförderungsbahn mehrfach angeordnet sind, und die obenerwähnte Mehrzahl von zweiten rohrförmigen Körpern in näherungsweise gleichen Intervallen in Umfangsrichtung zentriert auf die Beförderungsbahn angeordnet sind.
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Auf diese Weise ermöglicht die vorliegende Erfindung der Kühlflüssigkeit, vom Umfang des Behandlungsobjekts gleichmäßig in einem Nebel zugeführt zu werden, und ermöglicht, eine gleichmäßige Kühlungsbehandlung ohne Auftreten einer Temperaturverteilung durchzuführen. Wenn die obenerwähnten rohrförmigen Körper vorgesehen sind, wird die Gleichmäßigkeit weiter erhöht, indem die Anordnung unter Berücksichtigung der Schwerkraft, die der Sprühnebel erfährt, ausgeführt wird.
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In Bezug auf die Wärmebehandlung der vorliegenden Erfindung kann außerdem in einer geeigneten Weise eine Konfiguration verwendet werden, die eine Messvorrichtung, die die Temperatur der obenerwähnten Werkstücke misst, sowie eine Steuervorrichtung aufweist, die die Zuführungsmenge der obenerwähnten Kühlflüssigkeit auf der Grundlage der Messergebnisse der obenerwähnten Messvorrichtung steuert.
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Hierdurch ist es möglich, die optimale Zuführungsmenge an Kühlflüssigkeit entsprechend der Temperatur der Werkstücke bereitzustellen.
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In Bezug auf die obenerwähnte Wärmebehandlungsvorrichtung kann außerdem in einer geeigneten Weise eine Konfiguration verwendet werden, in der die obenerwähnte Messvorrichtung die Temperaturen der obenerwähnten Werkstücke an Positionen misst, die jeweils den obenerwähnten Nebelkühlvorrichtungen entsprechen, die mehrfach vorgesehen sind, wobei die obenerwähnte Steuervorrichtung die Zuführungsmengen der obenerwähnten Kühlflüssigkeit für die obenerwähnten mehreren Nebelkühlvorrichtungen auf der Grundlage der obenerwähnten Messergebnisse individuell steuert.
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Hierdurch ermöglicht die vorliegende Erfindung eine individuelle Steuerung der Zuführungsmengen der Kühlflüssigkeit von den Nebelkühlvorrichtungen entsprechende der Temperaturverteilung des Behandlungsobjekts an Positionen, die den Nebelkühlvorrichtungen entsprechen, um diese Temperaturverteilung zu beseitigen, und ermöglicht die Steuerung der Temperatur der Werkstücke mit hoher Genauigkeit.
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Ferner weist die Wärmebehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Pressvorrichtung auf, die die obenerwähnten Werkstücke aus vorgegebenen Richtungen presst.
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Hierdurch ermöglicht die vorliegende Erfindung selbst in den Fällen, in denen Schwankungen des Wärmeübergangskoeffizienten der Werkstücke während des Kühlens auftreten, eine Minimierung der Beanspruchung und Verformung der Werkstücke durch zwangsweises Pressen der Werkstücke.
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Mit der vorliegenden Erfindung kann außerdem in geeigneter Weise eine Konfiguration verwendet werden, in der die obenerwähnte Kühlflüssigkeit eine inerte Fluor-Flüssigkeit ist.
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Hierdurch ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, die Kühlflüssigkeit daran zu hindern, einen nachteiligen Einfluss auf Werkstücke auszuüben und eine Oberflächenoxidation zu verhindern, die bei Wasserkühlsystemen auftritt.
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WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein Kühlen von Werkstücken mit einem hohen Grad an Steuerbarkeit, während eine Beanspruchung und Verformung der Werkstücke in ausreichender Weise minimiert wird.
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KURZBESCHREIBUNGEN DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Gesamtkonfigurationsschaubild eines Vakuumwärmebehandlungsofens, der zu der vorliegenden Ausführungsform gehört.
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2 ist eine frontale Schnittansicht, die zu einer Kühlkammer 160 gehört.
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3 ist eine Schnittansicht längs der Linie A-A der 2.
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4 ist eine Zeichnung, die eine zweite Ausführungsform der Wärmebehandlungsvorrichtung zeigt.
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5 ist eine Schnittansicht der Kühlkammer, die zu der dritten Ausführungsform gehört.
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6 ist eine Schnittansicht der Kühlkammer, die zu der dritten Ausführungsform gehört.
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BESTER MODUS ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der Wärmebehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben.
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Es ist zu beachten, dass in jeder der Zeichnungen, die in der folgenden Beschreibung herangezogen werden, die Abmessungen jedes Bauteils in geeigneter Weise geändert worden sind, um jedem Bauteil eine Größe zu geben, die leicht verständlich ist.
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Mit Bezug auf die Wärmebehandlungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsformen ist außerdem der Fall eines Mehrkammertyp-Vakuumwärmebehandlungsofens gezeigt (im Folgenden einfach als „Vakuumwärmebehandlungsofen” bezeichnet).
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(Erste Ausführungsform)
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1 ist ein Gesamtkonfigurationsschaubild des Vakuumwärmebehandlungsofens der vorliegenden Ausführungsform.
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Ein Vakuumwärmebehandlungsofen (Wärmebehandlungsvorrichtung) 100 führt eine Wärmebehandlung von Werkstücken durch und weist eine Konfiguration auf, in der eine Entlüftungskammer 110, eine Vorheizkammer 120, eine Karburierungskammer 130, eine Diffusionskammer 140, eine Temperaturreduktionskammer 150 und eine Kühlkammer 160 in einer aufeinanderfolgend benachbarten Weise angeordnet sind, wobei Werkstücke sequentiell und uniseriell zu jeder Kammer 110 bis 160 befördert werden.
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Da die vorliegende Erfindung durch die Konfiguration der Kühlkammer 160 gekennzeichnet ist, wird im Folgenden die Kühlkammer 160 genauer beschrieben.
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2 ist eine frontale Schnittansicht der Kühlkammer 160, während 3 eine Schnittansicht längs der Linie A-A der 2 ist. Die Kühlkammer 160 ist innerhalb eines Vakuumbehälters 1 ausgebildet. Außerdem ist innerhalb des Vakuumbehälters 1 eine Kühleinheit CU vorgesehen, die aus einer Fördereinrichtung 10, einer Gaskühlvorrichtung 20 und einer Nebelkühlvorrichtung 30 besteht.
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Die Fördereinrichtung 10 ist fähig, mehrere Werkstücke M in einer horizontalen Richtung uniseriell und gleichzeitig zu befördern. Sie weist ferner ein Paar an Unterstützungsrahmen 11 auf, die einander gegenüberliegend mit einem dazwischen befindlichen Zwischenraum angeordnet sind und sich in Beförderungsrichtung (horizontale Richtung) erstrecken, Rollen 12, die so vorgesehen sind, dass sie fähig sind, sich auf den gegenüberliegenden Flächen der jeweiligen Unterstützungsrahmen 11 mit einem vorgeschrieben Abstand in Beförderungsrichtung zu drehen, eine Wanne 13, auf der die Werkstücke M platziert sind und die auf den Rollen 12 befördert wird, sowie Unterstützungsrahmen 14 (in 2 nicht gezeigt), die in vertikaler Richtung vorgesehen sind und die die zwei Enden der Unterstützungsrahmen 11 unterstützen.
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Es ist zu beachten, dass die Beförderungsrichtung der Werkstücke M der Fördereinrichtung 10 in der folgenden Beschreibung einfach als „die Beförderungsrichtung” bezeichnet wird.
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Die Wanne 13 ist zum Beispiel mittels einer gitterartigen Anordnung von Drähten in einer näherungsweise rechtwinkligen Quaderform gebildet. Ihre Breite ist etwas größer als die Breite eines Behandlungsobjekts M und ist in einer solchen Größe ausgebildet, die durch die Rollen 12 an den Rändern der Bodenfläche in Breitenrichtung unterstützt ist. Die Länge der Wanne 13 ist in diesem Beispiel in einer Größe ausgebildet, die ein Platzieren von zwei Werkstücken M in Beförderungsrichtung mit einem dazwischen befindlichen Zwischenraum gestattet. Dementsprechend ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, mehrere (in diesem Fall zwei) Werkstücke M mittels dieser Wanne 13 uniseriell und gleichzeitig zu befördern.
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Die Gaskühlvorrichtung 20 kühlt die Werkstücke M durch Zuführen von Kühlgas in das Innere der Kühlkammer 160. Die Gaskühlvorrichtung 20 ist mit einem Kopfrohr 21, Zuführungsrohren 22 und einem Gasrückgewinnungs-/Zuführungssystem 23 versehen. Wie mit den doppelt punktierten Linien in 3 gezeigt ist, ist das Kopfrohr 21 in Beförderungsrichtung am stromabseitigen Ende der Kühlkammer 160 angeordnet und in einer Ringform zentriert auf die Beförderungsbahn der Werkstücke M der Fördereinrichtung 10 ausgebildet. Diesem Kopfrohr 21 wird vom Gasrückgewinnung-/Zuführungssystem 23 Kühlgas zugeführt.
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Das Zuführungsrohr 22 ist so ausgebildet, dass ein Ende mit dem Kopfrohr 21 verbunden ist, während das andere Ende horizontal in Richtung zur Zuführungsseite der Beförderungsrichtung verläuft. Mehrere (in diesem Fall vier) Zuführungsrohre 22 sind in näherungsweise gleichen Intervallen (in diesem Beispiel Intervalle von 90°) in Umfangsrichtung zentriert auf die Beförderungsbahn der Werkstücke der Fördereinrichtung 10 vorgesehen. Wie in 3 gezeigt ist, sind die Zuführungsrohre 22 genauer an den Positionen 3 Uhr, 6 Uhr, 9 Uhr und 12 Uhr (die Positionen links, rechts, oben und unten) des ringförmigen Kopfrohres 21 vorgesehen. Jedes Zuführungsrohr 22 ist so geformt, dass dessen anderes Ende horizontal in Richtung zur Zuführungsseite der Beförderungsrichtung der Kühlkammer 160 in einer Länge verläuft, die der Länge der Kühlkammer 160 entspricht. In jedem Zuführungsrohr 22 sind über die gesamte Längsrichtung mit einem entsprechend vorgegebenen Intervall mehrere Sprühöffnungen 24 ausgebildet, die sich zur Beförderungsbahn der Werkstücke hin öffnen.
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Das Gasrückgewinnungs-/Zuführungssystem 23 umfasst hauptsächlich ein Auslassrohr 25, das mit dem Vakuumbehälter 1 verbunden ist, ein Ein/Aus-Ventil 26, das im Auslassrohr 25 vorgesehen ist, einen Wärmetauscher 27, der als Kühler zum Rückkühlen von mittels des Auslassrohres 25 wiedergewonnenem Kühlgas dient, und ein Gebläse 28, das dem Kopfrohr 21 rückgekühltes Kühlgas zuführt.
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Als Kühlgas kann zum Beispiel inertes Gas verwendet werden, wie zum Beispiel Argon, Helium oder Stickstoff und dergleichen.
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Die Nebelkühlvorrichtung 30 kühlt die die Werkstücke M durch Zuführen einer Kühlflüssigkeit in Form von Nebel in das Innere der Kühlkammer 160. Die Nebelkühlvorrichtung 30 ist mit einem Kopfrohr 31 (in 3 nicht dargestellt), Zuführungsrohren (rohrförmigen Körpern) 32 und einem Kühlflüssigkeitsrückgewinnungs-/Zuführungssystem 33 versehen. Das Kopfrohr 31 ist am Zuführungsende der Kühlkammer 160 in Beförderungsrichtung angeordnet und in einer ringartigen Form zentriert auf die Beförderungsbahn der Werkstücke M der Fördereinrichtung 10 ausgebildet. Diesem Kopfrohr 31 wird von dem Kühlflüssigkeitsrückgewinnungs-/Zuführungssystem 33 Kühlflüssigkeit zugeführt.
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Das Zuführungsrohr 32 ist so ausgebildet, dass ein Ende mit dem Kopfrohr 31 verbunden ist, während das andere Ende horizontal in Richtung zur Abführungsseite der Beförderungsrichtung verläuft. Mehrere (in diesem Fall vier) Zuführungsrohre 32 sind in näherungsweise gleichen Intervallen (in diesem Beispiel Intervallen von 90°) in Umfangsrichtung zentriert auf die Beförderungsbahn der Werkstücke M der Fördereinrichtung 10 vorgesehen. Wie in 3 gezeigt ist, sind genauer die Zuführungsrohre 32 an Positionen von ±45° relativ zu der Horizontalrichtung des ringförmigen Kopfrohres 21 vorgesehen. Jedes Zuführungsrohr 32 ist so ausgebildet, dass sein anderes Ende horizontal in Richtung zur Abführungsseite der Beförderungsrichtung der Kühlkammer 160 in einer Länge verläuft, die der Länge der Kühlkammer 160 entspricht. In jedem Zuführungsrohr 32 sind längs der gesamten Längsrichtung in einem entsprechend vorgegebenen Intervall mehrere Düsen 34 ausgebildet, die Kühlflüssigkeit in Form von Nebel in Richtung zu der Beförderungsbahn der Werkstücke sprühen.
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In Bezug auf die Anordnung der Zuführungsrohre 32 und der Düsen 34 wird, da die nebelartige Kühlflüssigkeit durch Schwerkraft beeinflusst wird, die nebelartige Kühlflüssigkeit vorzugsweise in horizontaler Richtung zugeführt und die vertikale Richtung gemieden, welche Veränderungen der zugeführten Menge hervorrufen kann. In dem Fall jedoch, in dem Kühlflüssigkeit in der vertikalen Richtung zugeführt wird, ist es ausreichend, die Kühlflüssigkeit in variierenden Mengen unter Berücksichtigung der Schwerkraftauswirkungen zuzuführen. In dem Fall, in dem weniger als vier – zum Beispiel drei – Zuführungsrohre 32 vorgesehen sind, wird die Anordnung vorzugsweise an der Position des Scheitels und an den Positionen bei ±120°, die diesen Scheitelpunkt sandwich-artig umgeben, ausgeführt, um vertikale Komponenten weitestgehend zu minimieren.
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Das Kühlflüssigkeitsrückgewinnungs-/Zuführungssystem 33 besteht hauptsächlich aus einem Ableitungsrohr 35, das mit dem Vakuumbehälter 1 verbunden ist, einen Ein/Aus-Ventil 36, das im Ableitungsrohr 35 vorgesehen ist, einer Pumpe 38, einem Sensor 40, einem Umrichter 41 und einem Verflüssiger (Verflüssigungsabscheider) 42. Die Pumpe 38 speist die mittels des Ableitrohres 35 zurückgewonnene Kühlflüssigkeit durch das Antreiben eines Motors 39 über ein Rohr 37 in das Kopfrohr 31. Der Sensor 40 misst den Druck (Luftdruck) der Kühlkammer 160. Der Umrichter 41 ist ein Flüssigkeitsmengenregler, der den Antrieb des Motors 39 auf der Grundlage der Messergebnisse des Sensors 40 steuert. Der Verflüssiger 42 verflüssigt Kühlflüssigkeit, die durch Aufnahme von Wärme von den behandelten Gegenständen verdampft worden ist.
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Als Kühlflüssigkeit können zum Beispiel Öl, Salz, im Folgenden erwähnte inerte Fluor-Flüssigkeiten oder dergleichen verwendet werden.
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Es folgt eine Beschreibung der Prozedur, mit der erhitzte Werkstücke M mittels der Kühlkammer 160 in dem obenerwähnten Vakuumwärmebehandlungsofen 100 gekühlt werden.
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Wie in 2 und 3 gezeigt ist, werden die Werkstücke M uniseriell mit Abstand in Beförderungsrichtung auf der Wanne 13 platziert und zu der Kühlkammer 160 befördert.
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Die Kühlflüssigkeit wird von den Düsen 34 in der Nebelkühlvorrichtung 30 in Nebelform auf die Werkstücke M zugeführt/gesprüht, die zu der Kühlkammer 160 befördert werden. In diesem Fall ist es möglich, die gesamten Seitenflächen (äußere Umfangsflächen) des Behandlungsobjekts M zu besprühen, indem der Diffusionswinkel von den Düsen 34 auf 90° eingestellt wird, wie zum Beispiel in 3 gezeigt ist. Da hierbei die Wanne 13 durch eine gitterartige Anordnung von Drähten gebildet ist, durchquert die Kühlflüssigkeit, die aus den Düsen 34 gesprüht wird, die diagonal abwärts relativ zum Behandlungsobjekt M (Wanne 13) angeordnet sind, die Lücken in der Drahtanordnung, erreicht das Behandlungsobjekt M ohne Hindernis und kühlt das Behandlungsobjekt M. Hinsichtlich sowohl der vorderen als auch der hinteren Flächen des Behandlungsobjekts M in Beförderungsrichtung wird, da die Düsen 34 über die gesamte Längsrichtung der Kühlkammer 160 vorgesehen sind, die nebelartige Kühlflüssigkeit insbesondere durch Sprühen aus den Düsen 34 zugeführt, die an den zwei Stirnseiten des Zuführungsrohres 32 angeordnet sind. Folglich können die Werkstücke M ohne Schwierigkeiten gekühlt werden.
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In Bezug auf die Zuführung der obenerwähnten nebelartigen Kühlflüssigkeit wird vorzugsweise die Behandlung bei oder unterhalb des atmosphärischen Drucks durchgeführt, hinsichtlich der Verhinderung des Austritts von Kühlflüssigkeit aus dem Vakuumbehälter während der Behandlung. Bezüglich der physikalischen Werte der Kühlflüssigkeit weist diese im Fall einer Umgebungstemperatur von 25°C unter atmosphärischem Druck vorzugsweise einen Siedepunkt auf, der gleich oder über demjenigen von Wasser liegt (einen Siedepunkt von 100°C oder höher). Dies deshalb, weil die Temperatur der Kühlflüssigkeit, die als Nebel versprüht wird, aufgrund des Wärmeaustauschs mit dem Behandlungsobjekt M ansteigt, da ein Wärmetauscher als Bauteil (Verflüssiger 42) verwendet wird, um diese zu Kühlen, und da Wasser gewöhnlich als Wärmetauschmedium verwendet wird.
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Genauer, in Bezug auf das Wasser des Wärmetauschmediums ist eine Konfiguration üblich, in der das Kühlen unter Verwendung eines Kühlturms durchgeführt wird, wobei dann, wenn die Wärmetauschrate mit der Kühlflüssigkeit in Betracht gezogen wird, es angemessen ist, dieses bei 40°C bis 50°C zu verwenden (das heißt, die Verwendung wird mit einer Kühlflüssigkeitstemperatur nach dem Wärmetausch (Zuführungstemperatur der nebelartigen Kühlflüssigkeit) von 40°C bis 50°C durchgeführt). Da außerdem die Kühlflüssigkeit Wärme in einer thermischen Menge entsprechend der Differenz zwischen ihrem Siedepunkt und der Temperatur des Behandlungsobjekts M absorbiert, wird ein Siedepunkt mit einer Temperatur bevorzugt, die 30°C bis 50°C höher ist als die Zuführungstemperatur der nebelartigen Kühlflüssigkeit, um somit eine Absorption einer größeren Wärmemenge zu ermöglichen. Aufgrund des Vorangehenden ist in Bezug auf den Siedepunkt der Kühlflüssigkeit ein Siedepunkt wünschenswert, der gleich oder höher ist als derjenige von Wasser (ein Siedepunkt von 100°C oder höher).
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Genauer, wird zum Beispiel in dem Fall, in dem eine inerte Fluor-Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 131°C bei einer normalen Temperatur von 25°C unter atmosphärischem Druck (101 kPa (abs)) verwendet wird, vorzugsweise die Behandlung unter Bedingungen durchgeführt, die von einem kontrollierten Umgebungsdruck von 20 kPa (abs) mit einem Siedepunkt von 80°C bis zu einem kontrollierten Umgebungsdruck von 55 kPa (abs) mit einem Siedepunkt von 110°C reichen.
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Indessen wird Kühlgas aus den Sprühöffnungen 24 in der Gaskühlvorrichtung 20 auf die Werkstücke M zugeführt/gesprüht. Die Werkstücke M werden durch das gesprühte Kühlgas direkt gekühlt. Ferner ist es möglich, eine gleichmäßige Atmosphäre in der Kühlkammer 160 zu erzeugen, indem die Kühlflüssigkeit, die in Nebelform in die Kühlkammer 160 gesprüht wird, durch die Strömung des Kühlgases dispergiert wird.
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Im Fall des Kühlens, das diese nebelartige Kühlflüssigkeit verwendet, kann die Kühlflüssigkeit kontinuierlich zugeführt werden, um einen Wärmeaustausch mit den Werkstücken M zu ermöglichen. Folglich ergibt sich kein Absinken der Kühleffizienz aufgrund einer Reduktion der Kontaktfläche mit der Kühlflüssigkeit aufgrund Blasen, die durch das Sieden der Kühlflüssigkeit erzeugt werden, die die Hochtemperatur-Werkstücke M berührt, wie in dem Fall, in dem die Werkstücke M in eine Kühlflüssigkeit getaucht werden. Ferner ergibt sich auch keine Erhöhung der Menge an Blasen, die einen Dampffilm bilden und eine Wärmeisolationsschicht ausbilden würden, was zu einer deutlichen Reduktion der Kühleffizienz führt. Dementsprechend kann die Kühlbehandlung der erhitzten Werkstücke M kontinuierlich durchgeführt werden.
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Die Kühlflüssigkeit, die in Nebelform der Kühlkammer 160 zugeführt wird, wird durch die Innenwandoberfläche des Vakuumbehälters 1 und den Verflüssiger 42 verflüssigt und sammelt sich am Boden des Vakuumbehälters 1. Der Motor 39 wird angetrieben und die Pumpe 38 in einem Zustand betätigt, in dem das Ein/Aus-Ventil 26 im Gasrückgewinnungs-/Zuführungssystem 23 geschlossen ist und das Ein/Aus-Ventil 36 im Kühlflüssigkeitsrückgewinnungs-/Zuführungssystem 33 geöffnet ist, wodurch die angesammelte Kühlflüssigkeit zugeführt wird, so dass sie durch das Kopfrohr 31 über die Leitung 37 zirkuliert. Genauer wird in dem Fall, in dem der Sensor 40 erfasst, dass der Luftdruck innerhalb der Kühlkammer 160 gefallen ist und die Zuführungs-/Einspritzmenge der Kühlflüssigkeit abgenommen hat, das Antreiben des Motors 39 durch den Umrichter 41 gesteuert, wobei die Zuführungsmenge der Kühlflüssigkeit angepasst wird, wodurch konstant eine angemessene Menge an Kühlflüssigkeit dem Kopfrohr 31 zugeführt wird.
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Andererseits wird auch das Kühlgas, das der Kühlkammer 160 zugeführt wird, umgewälzt und wiederverwendet.
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Genauer, wird das Ein/Aus-Ventil 36 im Kühlflüssigkeitsrückgewinnungs-/Zuführungssystem 33 geschlossen und das Ein/Aus-Ventil 26 im Gasrückgewinnungs-/Zuführungssystem geöffnet, wodurch das aus der Kühlkammer 160 in das Auslassrohr eingeleitete Kühlgas durch den Wärmetauscher 27 rückgekühlt wird und so zugeführt wird, dass es durch das Kopfrohr 21 mittels Betreiben des Gebläses 28 zirkuliert.
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Wie oben beschrieben worden ist, wird in der vorliegenden Ausführungsform die Kühlflüssigkeit in Nebelform von den Düsen 34, die am Umfang der Beförderungsbahn angeordnet sind, zu den Werkstücken M zugeführt, die gleichzeitig und uniseriell befördert werden. Dementsprechend ist es möglich, Kühlflüssigkeit gleichmäßig der Oberfläche der Werkstücke M zuzuführen und eine Beanspruchung und Verformung der Werkstücke M, die entsteht, wenn die Kühlung unregelmäßig ist, in ausreichender Weise zu minimieren. Genauer, da die Werkstücke M in der vorliegenden Ausführungsform unter Verwendung nebelartiger Kühlflüssigkeit gekühlt werden, wird kein Dampffilm oder dergleichen auf den Oberflächen der Werkstücke M erzeugt, wobei die Kühleigenschaften der Flüssigkeit mit einer hohen Wärmetauschrate erhalten bleiben und die Strömungsrate der zugeführten Kühlflüssigkeit reguliert wird, um somit ein Kühlen der Werkstücke M mit einem hohem Grad an Steuerbarkeit zu ermöglichen.
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Wenn folglich zum Beispiel die Wärmebehandlung, wie zum Beispiel ein Abschrecken, in Bezug auf Werkstücke M aus Stahldraht in der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird, ist es möglich, das Kühlen unter Bedingungen durchzuführen, in denen im Stahlmaterial keine harte und spröde Perlit-Struktur gebildet wird, wobei qualitativ hochwertige Werkstücke M erhalten werden.
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Da längs der Beförderungsbahn in der vorliegenden Ausführungsform mehrere Düsen 34 angeordnet sind, ist es möglich, Kühlflüssigkeit zum gesamten Behandlungsobjekt M zuverlässig zuzuführen und eine gleichmäßige Kühlbehandlung des Behandlungsobjekts zuverlässiger durchzuführen. Da außerdem in der vorliegenden Ausführungsform mehrere Zuführungsrohre 32, die die Düsen 34 aufweisen, in näherungsweise gleichen Intervallen in Umfangsrichtung zentriert auf die Beförderungsbahn der Werkstücke M angeordnet sind, ist es möglich, ein gleichmäßiges Kühlen des gesamten Behandlungsobjekts M durchzuführen.
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Als Kühlflüssigkeit wird in der vorangehenden Ausführungsform vorzugsweise inerte Fluor-Flüssigkeit verwendet.
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In dem Fall, in dem inerte Fluor-Flüssigkeit verwendet wird, wird das Zusammensetzungsmaterial des Behandlungsobjekts M nicht beeinflusst, wobei die Ausübung negativer Auswirkungen auf das Behandlungsobjekt M verhindert werden kann. Da eine inerte Fluor-Flüssigkeit nicht brennbar ist, kann auch die Sicherheit erhöht werden. Da außerdem eine inerte Fluor-Flüssigkeit einen höheren Siedepunkt aufweist als Wasser, ist dessen Kühlpotenzial ebenfalls höher, wobei es auch möglich ist, Probleme wie zum Beispiel eine Oxidation und einen Dampffilm, die im Fall der Verwendung von Wasser auftreten, zu unterdrücken. Außerdem ist die Wärmeübertragungsfähigkeit hervorragend, auch hinsichtlich der latenten Verdampfungswärme, was ein effizientes Kühlen der Werkstücke M ermöglicht. Da ferner keine Notwendigkeit besteht, eine Spülung durchzuführen, selbst wenn inerte Fluor-Flüssigkeit an den Werkstücken M haftet, kann auch die Produktivität verbessert werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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4 ist eine Zeichnung, die eine zweite Ausführungsform der Wärmebehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In dieser Zeichnung sind Bauteilen, die identisch mit den Bauteilen der in den 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsform sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, wobei deren Beschreibung weggelassen wird.
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Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der vorangehenden ersten Ausführungsform dadurch, dass Kühleinheiten CU parallel vorgesehen sind.
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Wie in 4 gezeigt ist, sind in der vorliegenden Ausführungsform Kühleinheiten CU unabhängig und getrennt parallel in einer Richtung näherungsweise senkrecht zu der Beförderungsrichtung der Werkstücke M in der gleichen Kühlkammer 160 vorgesehen, die eine näherungsweise elliptische Form in einer Querschnittsbetrachtung aufweist. Jede Kühleinheit CU weist eine Fördereinrichtung 10, eine Gaskühlvorrichtung 20 und eine Nebelkühlvorrichtung 30 auf und ist in der gleichen Weise wie in der vorangehenden ersten Ausführungsform konfiguriert.
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Da in der vorliegenden Ausführungsform zwei Kühleinheiten CU in derselben Kühlkammer 160 angeordnet sind, ist es nicht nur möglich, die gleichen Vorgänge und Wirkungen zu erzielen wie in der vorangehenden ersten Ausführungsform, sondern es ist auch möglich, eine kompaktere Vorrichtung im Vergleich zu dem Fall zu erhalten, in dem eine Kühlkammer für jede Kühleinheit CU vorgesehen ist.
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Da außerdem in der vorliegenden Ausführungsform jede Kühleinheit CU Werkstücke M kühlt, die uniseriell befördert werden, kommen keine Orte vor, wo die Zufuhr der Kühlflüssigkeit aufgrund der Abschirmung durch ein weiteres Behandlungsobjekt gestört ist. Dementsprechend ist es möglich, eine Kühlbehandlung in Bezug auf mehrere Reihen von Werkstücken durchzuführen, während Kühlflüssigkeit gleichmäßig den gesamten Werkstücken zugeführt wird und qualitativ hochwertige Werkstücke bei einer hohen Produktivität erhalten werden.
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(Dritte Ausführungsform)
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Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform mit Bezug auf 5 und 6 beschrieben.
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In dieser Zeichnung sind Bauteile, die identisch mit Bauteilen der in den 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsform sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, wobei deren Beschreibung weggelassen wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Pressvorrichtung vorgesehen, die die Werkstücke M presst.
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Wie in 5 und 6 gezeigt ist, ist eine Pressvorrichtung 50 hauptsächlich aus einem oberen Pressrahmen 51 und einem unteren Pressrahmen 52 gebildet, die so vorgesehen sind, dass sie sandwich-artig den Vakuumbehälter 1 umgeben und vertikal auf beiden Seiten durch Säulen 53 unterstützt sind, die durch den oberen Pressrahmen und den unteren Pressrahmen, einen oberen Pressteil 60, der am oberen Pressrahmen 51 vorgesehen ist, und einen unteren Pressteil 70, der am unteren Pressrahmen 52 vorgesehen ist, unterstützt sind.
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Der obere Pressteil 60 ist mit Hydraulikzylindern 61, Zylinderschäften 62, Presskolben 63 und oberen Stempeln 64 versehen. Die Hydraulikzylinder 61 sind am oberen Pressrahmen 51 befestigt. Die Zylinderschäfte sind so vorgesehen, dass sie sich in vertikaler Richtung in den Hydraulikzylindern 61 frei bewegen und durch den oberen Pressrahmen 51 laufen. Die oberen Stempel 64 weisen Oberflächenformen auf, die den Formen der oberen Flächen der Werkstücke M entsprechen, und sind so vorgesehen, dass sie durch Zurückziehen eines Verbindungsstifts (in den Zeichnungen nicht gezeigt), von den Presskolben 63 abnehmbar sind. Die Presskolben 63, deren distale Enden (obere Stempel 64) in der Kühlkammer 160 angeordnet sind, sind so vorgesehen, dass sie durch die Außenwand des Vakuumbehälters 1 laufen, und sind mit den distalen Enden der Zylinderschäfte 62 verbunden.
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In ähnlicher Weise ist der untere Pressteil 70 mit Hydraulikzylindern 71, Zylinderschäften 72, Presskolben 73 und unteren Stempeln 74 versehen. Die Hydraulikzylinder 71 sind an dem oberen Pressrahmen 52 befestigt. Die Zylinderschäfte 72 sind so vorgesehen, dass sie sich in vertikaler Richtung in den Hydraulikzylindern 71 frei bewegen und durch den untern Pressrahmen 52 laufen. Die unteren Stempel 74 weisen Oberflächenformen auf, die den Formen der Bodenflächen der Werkstücke M entsprechen, und sind so vorgesehen, dass sie von den Presskolben 73 durch Zurückziehen eines Verbindungsstifts (in den Zeichnungen nicht gezeigt) abnehmbar sind. Die Presskolben 73, deren distale Enden (untere Stempel 74) in der Kühlkammer 160 angeordnet sind, sind so vorgesehen, dass sie durch die Außenwand des Vakuumbehälters 1 laufen, und sind mit den distalen Enden der Zylinderschäfte 72 verbunden.
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Dichtungsmaterial, wie zum Beispiel O-Ringe, ist an den Grenzflächen der obenerwähnten Hydraulikzylinder 61 und des oberen Pressrahmens 51 und des unteren Pressrahmens 52 vorgesehen, wobei eine Konfiguration verwendet wird, die die Vakuumumgebung der Kühlkammer 160 aufrecht erhält.
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Wie in 5 gezeigt ist, liegen der obere Pressteil 60 und der untere Pressteil 70 einander gegenüber und sind so angeordnet, dass sie in Beförderungsrichtung durch ungefähr den gleichen Abstand getrennt sind wie das Intervall zwischen den Werkstücken M, die uniseriell auf der Wanne 13 platziert sind. Wenn die Werkstücke M an den Kühlpositionen positioniert sind, sind Durchgangslöcher 74A längs der Bewegungsbahnen der unteren Stempel 74 ausgebildet, um ein Passieren dieser unteren Stempel 74 zu ermöglichen.
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Wenn in der vorangehenden Konfiguration die Wanne 13 von der Fördereinrichtung 10 befördert wird und die uniseriell angeordneten Werkstücke M an den Kühlpositionen positioniert sind, werden die Hydraulikzylinder 61 im oberen Pressteil 60 betätigt, wobei die Zylinderschäfte 62 und die Presskolben 63 gesenkt werden und die oberen Stempel 64 auf die oberen Flächen der Werkstücke M drücken. Indessen werden gleichzeitig mit der Betätigung des oberen Pressteils 60 die Hydraulikzylinder 71 im unteren Pressteil 70 betätigt, wobei die Zylinderschäfte 72 und die Presskolben 73 angehoben werden und die oberen Stempel 74 durch die Durchgangslöcher 74a der Wanne 13 angehoben werden und auf die Bodenflächen der Werkstücke M drücken. Hierdurch werden die Werkstücke M sandwich-artig zwischen den oberen Stempeln 64 und den unteren Stempeln 74 an ihren oberen Flächen und unteren Flächen aufgenommen.
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Auf diese Weise wird die obenbeschriebene Kühlbehandlung mit Bezug auf die Werkstücke M in einem Zustand durchgeführt, in dem diese sandwich-artig zwischen den oberen Stempeln 64 und den unteren Stempeln 74 gehalten werden.
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Da in der vorliegenden Ausführungsform das Kühlen durchgeführt wird, während eine Presskraft auf die Werkstücke M zu dem Zeitpunkt ausgeübt wird, zu dem die Werkstücke M gekühlt werden, ist es nicht nur möglich, die gleichen Vorgänge und Wirkungen wie in der obenerwähnten ersten Ausführungsform zu erzielen, sondern es ist auch möglich, eine Beanspruchung und Verformung der Werkstücke M in ausreichender Weise zu minimieren.
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Auch in Bezug auf die zweite Ausführungsform ist klar, dass eine Pressvorrichtung 50 vorgesehen sein kann und dass das Kühlen durchgeführt werden kann, während die Werkstücke M gepresst werden, wie in der dritten Ausführungsform.
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Obwohl oben bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und dargestellt worden sind, ist klar, dass diese beispielhaft für die Erfindung sind und nicht als einschränkend zu betrachten sind. Ergänzungen, Weglassungen, Ersetzungen und andere Modifikationen können vorgenommen werden, ohne vom Erfindungsgedanken oder Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorangehende Beschreibung eingeschränkt zu betrachten und wird nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche eingeschränkt.
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Zum Beispiel verwendeten die vorangehenden Ausführungsformen eine Konfiguration, in der zwei Werkstücke M uniseriell mittels der Wanne 13 befördert werden, jedoch ist man nicht hierauf beschränkt, wobei es auch annehmbar ist, eine Konfiguration zu verwenden, in der Werkstücke M in einer Mehrzahl von drei oder mehr befördert werden.
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Außerdem wurde in der obenerwähnten zweiten Ausführungsform die Konfiguration verwendet, in der zwei Kühleinheiten CU parallel in derselben Kühlkammer 160 angeordnet wurden, jedoch ist es auch annehmbar, eine Konfiguration zu verwenden, in der eine parallele Anordnung in drei oder mehr Reihen ausgeführt wird.
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Um in den vorangehenden Ausführungsformen die Temperatur der Werkstücke M mit hoher Präzision zu steuern, ist es auch annehmbar, eine Konfiguration zu verwenden, in der zum Beispiel Messvorrichtungen, wie zum Beispiel Strahlungsthermometer, innerhalb der Kühlkammer 16 angeordnet sind, um die Temperatur der Werkstücke M zu messen, wobei der Umrichter 41, der als Steuervorrichtung dient, die Zuführungsmenge der nebelartigen Kühlflüssigkeit entsprechend der gemessenen Temperatur steuert.
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Ferner ist es auch in diesem Fall annehmbar, eine Konfiguration zu verwenden, die nicht nur Messvorrichtungen zum Messen der Temperatur der Werkstücke M an Positionen, die jeweils den mehreren Düsen 34 entsprechen, vorsieht, sondern die auch ein Ein/Aus-Ventil in jeder Düse 34 vorsieht und die Zuführungsmenge der nebelartigen Kühlflüssigkeit jeder Düse auf der Grundlage der Messergebnisse an jeder Position steuert.
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Hierdurch ist es möglich, die Temperatur der Werkstücke M an jeder Position, die den Düsen 34 entspricht, zu steuern, die Werkstücke M gleichmäßiger zu kühlen, und eine Beanspruchung und Verformung zu unterdrücken.
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Die Zuführung der Kühlflüssigkeit, die in den vorangehenden Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird gewöhnlich in einem Vakuum durchgeführt, wobei auch eine Konfiguration verwendet werden kann, in der zum Beispiel das obenerwähnte Schutzgas während der Nebelkühlung zugegeben wird.
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Wenn der Umgebungsdruck hoch ist, steigt gewöhnlich der Siedepunkt an, während dann, wenn der Umgebungsdruck niedrig ist, der Siedepunkt absinkt. Folglich ist es durch Einstellen der Zugabemenge des Schutzgases und durch Anheben des Umgebungsdrucks möglich, die Kühlungsfähigkeit entsprechend der latenten Verdampfungswärme der Kühlflüssigkeit zu verringern. Folglich ist es durch Senken des Umgebungsdrucks möglich, den Siedepunkt zu senken, die Temperaturdifferenz zu den Werkstücken M zu vergrößern und die Kühlgeschwindigkeit (Kühlfähigkeit) zu erhöhen.
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Auf diese Weise wird es durch Einstellen der Zugabemenge des Schutzgases möglich, die Kühleigenschaften für die Werkstücke M zu steuern und das Kühlen mit größerer Genauigkeit durchzuführen.
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In den vorangehenden Ausführungsformen wurden Öl, Salz, eine inerte Fluor-Flüssigkeit und dergleichen als Kühlflüssigkeiten aufgezählt. Außerdem kann auch Wasser in den Fällen verwendet werden, in denen die Auswirkungen der Oxidation, des Dampffilms und dergleichen gering sind. In dem Fall, in dem Wasser als nebelartige Kühlflüssigkeit verwendet wird, wird aus Gründen ähnlich dem Fall, in dem die obenerwähnte inerte Fluor-Flüssigkeit verwendet wird, vorzugsweise die Wärmebehandlung unter Bedingungen durchgeführt, die von einem kontrollierten Umgebungsdruck von 70 kPa (abs) mit einem Siedepunkt von 90°C bis zu einem kontrollierten Umgebungsdruck von 48 kPa (abs) mit einem Siedepunkt von 80°C reichen.
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In dem Fall, in dem Wasser als Kühlflüssigkeit verwendet wird, ob in einer flüssigen Phase oder in einer gasförmigen Phase, kann eine Abführung sicher durchgeführt werden, ohne die Notwendigkeit einer komplexen Nachbehandlung, was hinsichtlich der Kosten betreffend die Nachbehandlung und hinsichtlich des globalen Umweltschutzes ideal ist.
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GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
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Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Werkstücke mit einem höheren Grad an Steuerbarkeit zu kühlen, während eine Beanspruchung und Verformung der Werkstücke in ausreichender Weise minimiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fördereinrichtung
- 20
- Gaskühlvorrichtung
- 30
- Nebelkühlvorrichtung
- 32
- Zuführungsrohr (rohrförmiger Körper)
- 34
- Düse
- 50
- Pressvorrichtung
- 100
- Vakuumwärmebehandlungsofen (Wärmebehandlungsvorrichtung)
- 160
- Kühlkammer
- CU
- Kühleinheit
