DE1919493A1 - Atmosphaeren-Vakuumofen - Google Patents

Atmosphaeren-Vakuumofen

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Description

PATENTANWÄLTE DÜSSELDORF 1
Malkastenstraße 2 1919493 DIPL.-ING. ALEX STENGER
Telefon (0211) 36 0514 DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE
Unser Zeichen: lo O29 Datum: 14. April 1969
Ipsen Industriesinternational GmbH, 419 Kleve Johanna-Sebus-Straße 52
Atmosphären-Vakuumofen
Die Erfindung betrifft einen Atmosphären-Vakuumofen mit einem vakuumdichten Behälter, der einen Chargenraum mit Heizelementen und eine Vorkammer mit einem Wärmetauscher aufweist, durch den das im Behälter befindliche gasförmige Medium abkühlbar ist; zur Umwälzung dieses Mediums wird ein Ventilator verwendet.
Derartige öfen werden z.B. zur Wärmebehandlung von Stählen in einer Gas-Atmosphäre oder unter Vakuum verwendet. Betreibt man den Ofen als Atmosphären-Giro^ so ist er bereits während der Erhitzung mit einem inerten Ga. gefüllt. Diese Betriebsweise ist z.B. für Lötungen bei niedrigen Temperaturen, geeignet. Für Lötungen bei hohen Temperaturen z.B. wird der Ofen als Vakuumofen betrieben. Ist die Charge durch von den Heizelementen ausgestrahlte Strahlungswärme ausreichend erhitzt, folgt hieran meist eine beschleunigte Abkühlung. Für den Fall des Vakuumbetriebes wird ein inertes Gas unter Abbau des Unterdrücke erst jetzt dem Ofen zugeführt.
Der von dem in der Vorkammer befindliche Ventilator erzeugte Gasstrom zirkuliert dann auf einem Weg, der durch einen zwischen der Chargenraumwand und der Behälterwand liegenden Raum und durch den Chargenraum selbst führt. Durch diesen Gasstrom gelangt die Wärme an den Wärmetauscher, durch den ein Kühlmedium führt und an dem das Gas sich abkühlt.
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Nachteilig sind bei einem solchen Ofen zunächst die relativ großen Abmessungen, die dadurch bedingt sind, daß zwischen dem Chargenraum und der Behälterwand noch ein bestimmter Querschnitt zum Durchtritt des inerten Gases bei der Umwälzung vorgesehen werden muß. Außerdem hat der Ofen, bezogen auf eine bestimmte Chargengröße, ein relativ großes /olumen, und die Füllung dieses "Volumens mit einem inerten Gas wird dadurch fceuer. Ferner ist es nachteilig, daß eine Erhitzung der Charge im geschlossenen Chargenraum nur durch Strahlungswärme möglich ist, wobei die den Heizelementen näher gelegenen Teile der Charge früher und stärker erhitzt werden. Die gleichmäßige erhitzung aller Chargenteile ist deshalb relativ schwer sicherzustellen.
Die Erfindung hat die Aufgabe, einen Atmosphären-Vskuumofen zu schaffen, der in seinen Abmessungen und in seinem Verbrauch an inertem Gas kleiner gehalten werden kann und bei dem im Bedarfsfall auch eine gleichmäßigere Erhitzung der Charge durch Konvektion swärme erzielt werden kann. Es gehört ferner zur Aufgabe der Erfindung, die Nachteile und Schwierigkeiten des Standes der Technik zu beseitigen.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung wird für einen Atmosphären-Vakuumofen der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Ventilator innerhalb des Chargenraumes an der an die Vorkammer grenzenden Wand desselben angeordnet ist und daß um die Charge Leitbleche herumgeführt sind, die dem vom Ventilator umgewälzten Medium feste Strömungswege vorgeben.
Da hierbei jetzt für eine einwandfreie Gaszirkulation im Innern des Chargenraumes gesorgt ist, wird zwischen dem Ohargenraum und der Behälterwand kein zusätzlicher Raum für die Gaszirkulation benötigt". Hierdurch verkleinern sich die Abmessungen des Ofens bei gleichbleibend großem Chargenraum« Der !Fortfall des zusätzlichen Raumes führt zugleich aber auch zu einem geringeren Verbrauch an inertem Gas, denn das mit diesem zu füllende Volumen ist wesentlich kleiner geworden. Auch wird wegen der Ver-
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ringerung des Volumens für das Evakuieren weniger Zeit benötigt. Da die Gaszirkulation im Chargenraum selbst erzeugt wird, braucht süßer der öffnung, durch die das inerte Gas eintritt, keine weitere öffnung mehr hergestellt zu werden. Vorteilhaft ist- es ferner, daß man die Charge zwar mit Strahlungswärme erhitzen kann, daß der Ventilator aber auch zusätzlich in Betrieb genommen werden kann, so daß auch eine Konvektion erzeugt wird. Der Ventilator kann also doppelt ausgenutzt werden, nämlich beim Brhitzungsvorrrang und bei der Abkühlung.
Nachfolgend v.^rden einige besondere Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben, von denen die eine darin besteht, daß der 'wärmetauscher aus der Vorkammer in den Chargenraum einechiebbar ist. Hierdurch wird die Abkühlung besonders wirkungsvoll, denn durch das Einschieben des Wärmetauschers in den Chargenraum gelangt der Wärmetauscher direkt in den vom Ventilator erzeugten Gasstrom, und e.s ergibt sich für das Gas ein relativ kurzer Zirkulationsweg. Während des Srhitzungsvorganges dagegen befindet sich der Wärmetauscher in der Vorkammer, so daß er dort unwirksam isr und keine Wärme abführen kann.
Form und Anordnung der Leitbleche können den Verhältnissen im Chargenraum jeweils angepaßt sein. Vorteilhaft aber ist es, wenn die Leitbleche zu einer die Charge zum großen Teil abdekkenden .:oube zusammengefaßt sind, deren Oberseite dem Ventilator zugekehrt ist und eine direkt am Ventilator liegende Lufteint'ritrsoffnung aufweist. Bs braucht dann nur ein einziges, einfach herzustellendes Konstruktionsteil vorgesehen zu werden. Meist ist diejenige Wand des Chargenraumes, an der der Ventilator angeordnet ist, die obere Wand desselben, während die Charge von unten her zugeführt wird. Dann wird der Gasstrom durch die Lufteintrittsöffnung in der Oberseite der Haube, durch die Charge und dann zwischen den Seitenwänden des Chargenraumes und der Außenseite der Haube zum Ventilator verlaufen.
Die Leitbleche können z.B. an einem Gestell oder dergleichen be-
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festigt sein, das als Chargenträger dient, und Jeweils zusammen mit diesem in den Chargenraum eingebracht werden. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Leitbleche im Chargenraum selbst befestigt sind. .
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß als Wärmetauscher ein kreisringförmiges Kühlschlangensystem dient, dessen Innendurchmesser größer als der Durchmesser des Ventilators und dessen Außendurchmesser kleinerals der Durchmesser des Chargenraumes ist. Es ist dann nämlich möglich, den Wärmetauscher durch die obere 7/and des Chargenraumes so in diesen hineinzuschieben, daß der Wärmetauscher den Ventilator umgibt und direkt in seinem Gasstrom liegt. Außerdem wird der für die Charge selbst zur Verfügung stehende Raum nicht verkleinert, da sich der Wärmetauscher dann auf derselben Höhe mit dem Ventilator befindet und im obersten Teil des Chargenraums nur einen Platz beansprucht, der für die Charge selbst nicht mehr nutzbar ist. Günstig ist es bei einer solchen Anordnung ferner,wenn die zur Vorkammer hin liegende Wand des Chargenraumes ein kreisringförmiges Wandteil aufweist, dessen Größe dem kreisringförmigen Kühlschlangensystem entspricht und das zusammen mit diesem in den Chargenraum einschiebbar ist. Diese Maßnahme führt zu einer besonders einfachen Möglichkeit, des öffnen der oberen Chargenwand und das Einschieben des vrärmetauschers in einem einzigen Betätigungsvorgang zusammenzufassen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Oberseite der Haube kegelstumpfförmig ist und die Höhe des Kegelstumpfes auf die Wandstärke des kreisringförmigen Wandteils abgestimmt ist. Hiermit wird erreicht, daß der Wärmetauscher auch soweit in den Chargenraum hineingeschoben werden kann, daß er in Höhe des Ventilators liegt; dies würde bei einer ebenen Oberseite durch das Auftreffen des kreisringförmigen Wandteils auf diese verhindert werden. Andererseits sollte sichergestellt sein, daß der Ventilator direkt
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an der Lufteintrittsöffnung liegt.
Als Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung ein Atmosphären-Vakuumofen beschrieben, der im Schnitt dargestellt ist und dessen linke Schnitthälfte den Wärmetauscher in in den Chargenraum eingefahrenem Zustand zeigt, während sich in der Darstellung der rechten Schnitthälfte der Wärmetauscher in der Vorkammer befindet.
Auf einem Traggestell Io, das auf Stützen 11 ruht, ist ein vakuumdichter Behälter 12 angeordnet; dieser ist über ein Eckventil 13 an ein Vakuumpumpensystem 14 angeschlossen. Der Behälter 12 ist in eine Vorkammer 15 und einen Chargenraum 16 unterteilt; die Seitenwände 17, die Oberseite 18 und die Unterseite 19 des Chargenraumes 16 bestehen aus einer dicken Schicht von wärmeisolierendem Material. Die Unterseite 19 kann zusammen mit der Unterseite des Behälters 12 und einem Wagen 2o mittels der Greifklauen 21 herabgelassen werden, wenn die Behandlung der Charge 22 abgeschlossen ist.
Im Chargenraum 16 sind Heizelement- 23 zur Erhitzung der Charge 22 angeordnet. An der Oberseite 18 befindet sich ein Ventilator 24, der durch den in der Vorkammer 15 angeordneten Antrieb 25 angetrieben wird. Direkt vor dem Ventilator 24 liegt die öffnung einer an der Oberseite kegelstumpfförmig ausgebildeten Haube 26, die die Charge 22 abdeckt und eine Zwangsluftumwälzung ermöglicht, die durch die Charge 22 und zwischen den Seitenwänden der Haube 26 und den Seitenwänden 17 des Chargenraumes 16 verläuft.
Im Behälter 12 befindet sich ein Eckventil 27, das in die Vorkammer 15 mündet und zum Einführen von inertem Gas dient. Ausserdem ist in der Vorkammer 15 ein Wärmetauscher 28 angeordnet, der in der rechten Zeichnungshälfte in hochgefahrenem Zustand gezeigt ist, während er in der linken Zeichnungshälfte in den Chargenraum 16 eingefahren ist. Der Wärmetauscher 28 be-
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steht aus einem System von kreisringförmigen Kühlschlangen, deren Zufluß- und Abflußleitungen hier nicht gezeigt sind. Die Oberseite 18 des Chargenraumes 16 hat einen kreisringförmigen Wandteil 29, dessen Durchmesser an den des Wärmetauschers 28 angepaßt ist. Während in hochgefahrenem Zustand des Wärmetauschers 28 der Wandteil 29 bündig in die Oberseite 18 eingepaßt ist, wird der Wandteil 29 beim Einfahren des Wärmetauschers 28 in den Chargenraum 16 mit in diesen hineinbewegt, so daß in der Oberseite 18 hierbei eine öffnung entsteht, durch die inertes Gas in den Chargenraum 16 gelangen kann. Der Wärmetauscher 28 befindet sich jetzt mit dem Ventilator 24 auf derselben Höhe, so daß er sich gleichzeitig auch direkt in der Gasströmung befindet.
Ist die Charge 22 in den Chargenraum 16 eingebracht, so wird bei in den Chargenraum 16 eingefahrenem Wärmetauscher 28 der Behälter 12 mittels des Vakuumpumpensystems 14 evakuiert. Dann werden der Wärmetauscher 28 in die Vorkammer 15 hochgefahren und der Behälterraum mittels des Eckventils 13 von der Vakuumpumpe getrennt. Anschließend wird das Eckventil 27 geöffnet und inertes Gas in den Behälter 12 eingelassen. Der Ventilator 24 verteilt dann das Gas gleichmäßig, und die Heizelemente 23 werden eingeschaltet. Die Erhitzung erfolgt, während der Gasdruck im Behälter 12 konstant gehalten wird. Nach Abschluß des Erhitzungs vor ganges wird der Wärmetauscher 28 in den Chargenraum 16 eingefahren. Die Abkühlung kann ungeregelt oder geregelt erfolgen, wobei eine Regelung die Heizelemente 23 und den Wärmetauscher 28 abwechselnd wirksam werden lassen kann.
Während der beschriebene Ablauf den Betrieb des Ofens als Atmosphären-Ofen darstellt, wird beim Betrieb als Vakuumofen nach dem Evakuieren des Behälters 12 und dem Hochfahren des Wärmetauschers 28 in die Vorkammer 15 das Eckventil 13 nicht geschlossen;auch der Ventilator 24 wird nicht eingeschaltet. Auch wird während des Erhitzungsvorganges kein inertes Gas zugeführt. Ist der Erhitzungsvorgang abgeschlossen, so kann
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die Kühlung auf verschiedene Art erfolgen· So kann z.B. während der Abkühlung das Vakuum aufrechterhalten werden. Es kann aber auch der Wärmetauscher 28 in den Chargenraum 16 eingefahren v/erden, so daß dieser mit der Vorkammer 15 verbunden ist. Dann wird unter Zuführen von inertem Gas der Unterdruck teilweise abgebaut. Eine besonders schnelle Abkühlung erreicht man, wenn man dann gleichzeitig den Ventilator einschaltet und den Wärmetauscher 28 mit Kühlwasser speist.
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Claims (8)

Ansprüche:
1. Atmosphären-Vakuumofen mit einem vakuumdichten Behälter, der einen Chargenraum mit Heizelementen und eine Vorkammer mit einem Wärmetauscher aufweist, durch den ein im Behälter befindliches gasförmiges Medium abkühlbar ist, unter Anwendung eines Ventilators zum Umwälzen dieses Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilator (24) innerhalb des Chargenraumes (16) an der an die Vorkammer (15) grenzenden Wand (18) desselben angeordnet ist und daß um die Charge (22) Leitbleche (26) herumgeführt, sind, die dem vom Ventilator (24) umgewälzten Medium feste Strömungswege vorgeben.
2. Atmosphären-Vakuumofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (28) aus der Vorkammer (15) in den Chargenraum (16) einschiebbar ist.
3. Atmosphären-Vakuumofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche zu einer die Charge (22) zum großen Teil abdeckenden Haube (26) zusammengefaßt sind, deren Oberseite dem Ventilator (24) zugekehrt ist und eine direkt am Ventilator (24) liegende Lufteintrittsöffnung (26a) aufweist.
4. Atmosphären-Vakuumofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (26) im Chargenraum (16) befestigt sind.
5. Atmosphären-Vakuumofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Leitbleche (26) im Chargenraum (16) veränderbar ist.
6. Atmosphären-Vakuumofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmetauscher ein kreisringförmiges Kühlschlangensystem (28) dient, dessen Innendurchmesser größer alsder Durchmesser des Ventilators (24) und dessen Außendurchmesser
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kleiner als der Durchmesser des Chargenraumes (16) ist.
7. Atmosphären-Vakuumofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeicfenet, daß die zur Vorkammer (15) hin liegende Wand (18) des Ghargenraums (16) ein kreisringförmiges Wandteil (29) aufweist, dessen Größe dem kreisringförmigen Kühlschlangensystem (28) entspricht und das zusammen mit diesem in den Chargenraum (16) einechiebbar ist.
8. Atmosphären-Vakuumofen nach Anspruch 3 und 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite der Haube (26) kegelstumpfförmig ist und die Höhe des Kegelstumpfes auf die Wandstärke des kreisringförmigen Wandteils (29) abgestimmt ist. f
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