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Durchsatzofen zur Wärmebehandlung von Metallen unter Schutzgas Bei
der Herstellung von Sinterteilen aus Stahl, aber auch bei der Wärmebehandlung von
Stahl oder Metallen zum Zweck des Blankglühens, Aufkohlens oder Härtens, werden
verschiedene Ofenarten benutzt. Einfache Kammeröfen mit oder ohne Vorkammer, Durchstoßöfen,
Hubbalkenöfen und, vorwiegend für Buntmetalle oder zum Löten bei Temperaturen unter
1100° C, auch Bandöfen. Kammeröfen schließen ein automatisches Durchsetzen des Gutes
aus. Durchstoßöfen werden zwar vielfach mit oder ohne Gasschleusen angewandt, sie
haben aber den Nachteil, daß das in Behältern eingebrachte Erwärmungsgut nur in
beschränkten Mengen gefördert werden kann, weil sonst durch die Reibung zu große
Stoßkräfte entstehen, durch die die Behälter, besonders bei den hohen Temperaturen,
zusammengedrückt werden. Diesen Nachteil vermeidet der Hubbalkenofen. Seine Anwendung
ist jedoch dann nicht möglich, wenn es sich darum handelt, ganz bestimmte Gaszusammensetzungen
zu erhalten. So ist z. B. die Verwendung aufkohlenden Endogases an die Einhaltung
homogener Temperaturverteilung der gesamten im Ofen befindlichen Gasmasse gebunden.
Durch die Auf- und Abbewegung des Hubbalkens entsteht aber eine Pumpwirkung, durch
die bei jedem Förderschritt ein Teil des im Ofen befindlichen Gases aus der Heizzone
unter die Balken gelangt und dort erheblich abgekühlt wird. Diese fluktuierende
Gasmenge stört die Zusammensetzung des Gases. Bei den Banddurchlauföfen erfolgt
das Einschleusen des Gutes durch einen Flammenschleier. Diese aber haben durch ihre
Verbrennungsprodukte häufig eine unzulässige Befeuchtung der Ofenatmosphäre zur
Folge. Wenn also sehr niedrige Taupunkte, z. B. beim Glühen von Chromstahl, verlangt
werden, kommt selbst bei an sich mit dieser Ofenart noch beherrschbaren Temperaturen
ihre Verwendung nicht in Betracht.
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Mit Ausnahme der Kammeröfen sind die bisher erwähnten Ofenarten meistens
nur mit Deckenheizung, bisweilen auch mit Seitenheizung ausgestattet. Die zur raschen
Erwärmung des Gutes vorteilhafte Unterheizung ist bei Stoß-, Hubbalken- und Bandöfen
nicht anwendbar. Ein weiterer Nachteil, auch der Kammeröfen, besteht darin, daß
die Heizkammern immer durch annähernd vertikal gestellte Türen verschlossen werden.
Durch die Spalte solcher Türen tritt infolge des Lagendruckes der Ofenatmosphäre
oben etwas Gas aus, das im unteren Spalt von außen nachdiffundiert. Man kann dieser
Wirkung durch reichliche Gaszufuhr zwar begegnen, muß dann aber einen wirtschaftlichen
Nachteil in Kauf nehmen. Eine Lücke unter den bisher bekanntgewordenen Öfen besteht
vollends dann, wenn es sich darum handelt, verschiedene Wärmebehandlungen unter
voneinander völlig getrennter unterschiedlicher Atmosphäre ablaufen zu lassen. Zwar
sind Kombinationen an Durchstoßöfen bekanntgeworden, bei denen z. B. in einer Vorwärmzone
preßerleichternde Zusätze aus Pulverpreßteilen ausgetrieben werden, doch ist ihr
innerer Aufbau besonders dann verwickelt, wenn das erwärmte Gut aus der Wachsaustreibzone
in die Heizzone übergeführt werden soll, ohne mit der Außenluft in Berührung zu
kommen. Dabei handelt es sich bisher nur um Sintervorgänge, die bekanntlich an exakte
Gaszusammensetzung keine besondere Ansprüche stellen. Ungelöst ist das Problem bisher,
wenn es sich z. B. darum handelt, das Austreiben von Wachs mit der darauffolgenden
Sinterung und danach noch mit einer Aufkohlungsperiode zu kombinieren. Die drei
genannten Vorgänge bedingen drei unter sich völlig verschiedene Gaszusammensetzungen,
welche mit bisher bekannten Durchsatzöfen nicht erreichbar waren.
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Es wurde nun ein Durchsatzofen zur Wärmebehandlung von Metallen unter
Schutzgas gefunden, bei dem die Nachteile und Beschränkungen der bekannten Ofenarten
ausgeschaltet werden. In dem im wesentlichen aus Wärmebehandlungsteil, Kühlteil,
Gasschleuse und Fördervorrichtung sowie Mitteln zum Beheizen und Zuführen druckgeregelten
Gases bestehenden Ofen ist es möglich, eine Kombination beliebiger Folgen von Gaszusammensetzungen
in
aufeinanderfolgenden Kammern zu erreichen. Der Ofen ist gekennzeichnet
durch eine sich über die Gesamtlänge des Ofens erstreckende Schleusenkammer mit
Beschickungs- und Entnahmetür an den Enden, n in der Decke der Schleusenkammer in
gleichen Abständen voneinander angeordnete gleichartige Öffnungen, wobei n mindestens
gleich 3 ist, n gegen die .Schleusenkammer hin offene und auf die dort vorhandenen
Öffnungen aufgesetzte Behandlungskammern, n -I- 1 gegeneinander austauschbare, das
zu behandelnde Gut tragende Verschlußteile für die gleichartigen Öffnungen, eine
am Boden der Schleusenkammer angeordnete, sich über ihre n -I- 2 Teillängen entsprechende
Gesamtlänge erstreckende, im wesentlichen aus Rollengang und Förderkette bestehende
Fördervorrichtung und ein sich über die Gesamtlänge der Behandlungskammern erstreckendes,
in vertikaler Richtung bewegbares Balkenpaar, das während der Behandlungszeit die
Verschlußteile mit dem Gut trägt und sie an die gleichartigen Öffnungen andrückt
und zwischen den Behandlungszeiten die Verschlußteile mit dem Gut auf den Förderteil
absetzt. Damit ist das Problem gelöst, verschiedene Wärmebehandlungen unter voneinander
getrennter, unterschiedlicher Atmosphäre im gleichen Ofen ablaufen zu lassen.
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Die Behandlungskammern werden an die Schleusenkammern am besten durch
auf der Oberseite der Schleusenkammer angeordnete, mit Sand oder Flüssigkeit gefüllte
Tassen angeschlossen.
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Es empfiehlt sieh, die vertikale Bewegung des Balkenpaars mit Hilfe
eines durch einen druckmittelbetriebenen Zylinder bewegten Doppelhebels zu bewerkstelligen.
Das Balkenpaar drückt während der Behandlungszeit die Verschlußteile an die oberen
Öffnungen der Schleusenkammer und setzt zwischen den Behandlungszeiten nach Durchführung
der entsprechenden Vertikalbewegung die Verschlußteile auf die Förderkette ab. Es
ist vorteilhaft, die Förderkette mit Mitnehmernocken auszustatten, deren Abstände
voneinander so gewählt sind, daß ein Mitnehmernockenpaar gerade einen Verschlußteil
aufnehmen kann; die Nockenpaare sind dabei auf der Kette in den Abständen der Kammereinteilung
angeordnet.
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Die beigefügte Zeichnung soll dem besseren Verständnis des Erfindungsgedankens
dienen. Sie gibt eine beispielsweise Ausführungsform des Durchsatzofens gemäß der
Erfindung an. F i g. 1 stellt einen Längsschnitt, F i g. 2 den Querschnitt A-B des
Ofens dar.
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Auf der langgestreckten schutzgasgefüllten Schleusenkammer 10 sind
die Behandlungskammern 11, 12, 13, 14 aufgebaut, in welchen die aufeinanderfolgenden
Wärmebehandlungen bzw. die Kühlung stattfinden. Die Behandlungskammern sind durch
die Öffnungen 15, 16, 17, 18 in der Decke der Schleusenkammer 10 zugänglich. Die
Verschlußteile 19, 20, 21, 22 für die Öffnungen 15, 16, 17, 18, die gleichzeitig
die Böden für die Behandlungskammern bilden, sind untereinander gleich und passen
austauschbar zu jeder einzelnen Behandlungskammer. Die Trennfugen 23, 24, 25, 26
zwischen den Böden und den einzelnen Behandlungskammern liegen grundsätzlich in
der gleichen horizontalen Ebene. Die Böden 19, 20, 21, 22 werden von dem
gemeinsamen Stützbalkenpaar 27 getragen und gegen die Behandlungskammern 11,12,13,14
gedrückt. Mit Hilfe der Hebel 28 kann das Balkenpaar 27 abgesenkt werden, wodurch
die daraufliegenden Verschlußteile 19, 20, 21, 22 auf den Rollengang 29 aufgesetzt
werden. Die Bewegung der Hebel 28 wird durch den druckmittelbetriebenen Zylinder
30 bewirkt. Zur Entlastung des Bewegungszylinders 30 dient das Gegengewicht 31.
Der Rollengang 29 ist von der Förderkette 32 umschlungen, die ihren Antrieb von
der getriebenen Endrolle 33 des Rollenganges 29 erhält. Die umschlingende Kette
32 ist mit Mitnehmernocken 34 ausgestattet, deren Abstände so gewählt sind, daß
ein Mitnehmernockenpaar gerade den Boden einer Behandlungskammer aufnehmen kann,
die Paare aber in den Abständen der Kammerteilung t angeordnet sind. Die Kammerteilung
t stellt den Abstand von der senkrechten Mittellinie der einen bis zur senkrechten
Mittellinie der benachbarten Behandlungskammer dar.
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Die Schleusenkammer 10 hat stirnseitig die Tür 35 erhalten, durch
die beschickt und entnommen werden kann. Zur Beschickung werden die Böden der Behandlungskammern
mit Hilfe eines (nicht gezeichneten) Gabelstaplers mit den Körben 36 beladen.
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Das der Tür 35 gegenüberliegende Ende der Schleusenkammer 10 ist ebenfalls
mit einer Tür ausgestattet; sie ist mit 37 bezeichnet. Dadurch kann auf einer Seite
beladen und auf der anderen Seite entnommen werden. Die Höhe der Türen kann, wie
das hier der Fall ist, geringer sein als die Höhe der Schleusenkammer. Es genügt,
wenn sie in der oberen Hälfte angeordnet ist und genügend Platz für den Durchschub
der Körbe 36 läßt.
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Die Kammern 11, 12, 13, die Wärmebehandlungskammern darstellen,
und die Kühlkammer 14 sind auf die Schleusenkammer 10 lose aufgesetzt und durch
die mit Sand oder Flüssigkeit gefüllten Tassen 38, 39, 40, 41 gasdicht angeschlossen.
Die Heizaggregate sind mit 42 bezeichnet.
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Die Arbeitsweise ist folgende (Arbeitsrichtung von links nach rechts):
Der am linken Ende der Schleusenkammer 10
bereitgestellte Unterteil 43 wird
nach Öffnen der Tür 35 mit dem mit Gut gefüllten Behälter 36 beladen. Nach Schließen
der Tür 35 wird die mit dem Gut eingeschleppte Luft aus der Schleusenkammer 10,
z. B. durch leichtes Anlüften der Tür, ausgetrieben. Dabei wird vorausgesetzt, daß
gleichzeitig der Kammer 10 eine ausreichende Gasmenge zuströmen kann. Nach diesem
Spülvorgang werden die auf den Balken 27 ruhenden Böden 19, 20, 21, 22 abgesenkt
und auf die Rollenbahn 29 aufgesetzt. Nun läuft die Transportkette 32 an und fördert
die Böden um eine Teilung t weiter. Durch anschließendes Anheben der Balken 27 werden
die sich unter den Behandlungskammern befindlichen Böden gehoben und an die Kammern
angedrückt, während der aus dem Bereich der Behandlungskammern und der Balken 27
ausgefahrene Boden 22 in die Nähe der Tür 37 gelangt. Der auf diesem Boden liegende,
mit behandeltem Gut beladene Behälter wird nun durch die Tür 37 entnommen.
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Der freigewordene Boden kann nun durch Rücklauf der Kette 32 in die
Ausgangsposition nahe der Tür 35 zurückgebracht werden und steht dann für die nächste
Beladung bereit. Ebenso ist es aber möglich, den Beschickungskorb nicht bei 37 zu
entnehmen, sondern das Unterteil im beladenen Zustand in
die Ausgangsposition
nahe der Tür 35 zurückzufahren. In diesem Fall wird durch die Tür 35 zuerst entnommen
und dann neu beschickt. Selbstverständlich kann derselbe Vorgang auch an der Tür
37 erfolgen.
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Der in der Zeichnung wiedergegebene Ofen umfaßt - außer der Schleusenkammer
- vier Behandlungskammern, und zwar die Entwachsungskammer 11, die Sinterkammer
12, die Aufkohlungskammer 13 und die Kühlkammer 14.
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Die Kammer 11 ist als außenbeheizte metallische Muffel gedacht, in
der das Austreiben preßerleichternder Zusätze aus pulvermetallurgisch hergestellten
Formteilen erfolgt, also entwachst wird. Die Kammer 12 ist als Haubenofen ausgebildet,
in der das Gut gesintert wird. Unter Einschaltung eines Druckreglers (nicht gezeichnet)
werden die Gasdrücke in den Kammern 10, 11 und 12 so gewählt, daß das der Sinterkammer
12 zuströmende frische Schutzgas durch die Trennfuge 24 in die Schleusenkammer 10
abströmt, die gegenüber der Entwachsungskammer 11 einen geringen überdruck aufweist.
So kann beispielsweise für die Sinterkammer 12 ein Druck von 70 mm WS, für die Schleusenkammer
10 abströmt, die gegenüber der Ent-Entwachsungskammer 11 ein Druck von 20 mm WS
gewählt werden. Durch dieses Druckgefälle wird erzielt, daß das Abgas aus der Kammer
12 durch den Spalt 24 und den Spalt 23 in die Kammer 11 gelangt und dort
zum Abtransport der Wachsdämpfe dient. Ein anderer Teil dieses überströmgases aus
der Kammer 12 wird zum Reinspülen bei der Beschickung bzw. bei der Entnahme an den
Türen 35 und/oder 37 verwendet.
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Das die Kammer 12 verlassende heiße Gut wird der Kammer 13 zugeteilt,
in der während eines Teiles der Verweilzeit ein aufkohlendes Gas zugeführt wird,
z. B. Propan. Damit während der kurzen Kohlungsperiode nicht Kohlungsgas in die
Schleusenkammer 10 gelangen kann, wird durch einen Druckregler (nicht gezeichnet)
in den Räumen 13 und 10 genaue Druckgleichheit herbeigeführt. Infolge der in einer
waagerechten Ebene liegenden Trennfuge 25 ist jeder Gasaustausch zwischen 13 und
10 während der eigentlichen Kohlungsperiode unterbunden. Wäre aber die Trennfuge
25 außerhalb der Waagerechten angelegt, dann könnte, da auf eine besondere Dichtung
verzichtet wird, trotz durchschnittlicher Druckgleichheit wegen des Auftriebes des
heißen Gases in der Kammer 13 ein, wenn auch geringfügiger Gasaustausch zwischen
10 und 13 stattfinden. Da die Aufkohlung aber weniger Zeit benötigt als das Sintern,
wird die kohlende Atmosphäre vor dem Weitertransport, d. h. periodisch, ausgetrieben
und durch das in den übrigen Ofenteilen verwendete Schutzgas ersetzt.
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Die Kammer 14 dient zur Abkühlung des Gutes. Zur Beschleunigung
der Abkühlung ist sie mit dem Wasserkühlmantel 44 und dem Umwälzgebläse
45
ausgestattet. Wenn die Abkühlung längere Zeit benötigt als der die Taktzeit
diktierende Sintervorgang in der Kammer 12, ist es angebracht, eine weitere
Kühlkammer vorzusehen und/oder das Verweilen in der Warteposition bei den Beschickungs-
und Entnahmetüren zur Abkühlung auf Raumtemperatur heranzuziehen.
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Die hier beschriebene Anordnung ist selbstverständlich nicht auf die
Längsanordnung beschränkt. Die einzelnen Kammern können z. B. auch über gekrümmten
Bahnen aufgebaut sein, wenn, z. B. aus Raumgründen, die gerade Längserstreckung
unerwünscht ist.