DE19909316A1

DE19909316A1 - Wärmebehandlungsanlage

Info

Publication number: DE19909316A1
Application number: DE1999109316
Authority: DE
Inventors: Ernst Wandke; Gerald Reisenauer
Original assignee: Linde Technische Gase GmbH
Current assignee: Linde Gas AG
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2000-09-07

Abstract

Wärmebehandlungsanlage, beispielsweise ein Vakuumofen, insbesondere zum Abschrecken von Werkstücken durch Gase, wobei das Abschrecken der Werkstücke in einem Behandlungsraum und/oder einer Kaltkammer erfolgt, mit einem den Behandlungsraum und/oder die Kaltkammer umgebenden Raum, vorzugsweise einem Ringraum, der der Führung des Gases dient, mit wenigstens einem Wärmetauscher, wenigstens einem Lüfter und Mittel zum Wechseln der Strömungsrichtung des Gases. Erfindungsgemäß sind die Mittel zum Wechseln der Strömungsrichtung des Gases DOLLAR A - als ein Segmentring (2), DOLLAR A - mit einem zentrisch angeordneten Ansaugstutzen (5), der mit dem Lüfter (6) in Wirkverbindung steht, DOLLAR A - mit wenigstens zwei Gasführsegmenten (3, 4), wobei wenigstens eines der Gasführsegmente zu dem Behandlungsraum und/oder der Kaltkammer (1) gasdicht abgeschlossen ist und eine Wirkverbindung zwischen dem Ringraum (7) und dem Ansaugstutzen (5) ermöglicht, DOLLAR A - sowie mit einer oberhalb des Segmentringes (2) angeordneten Schlitzhaube (8), wobei Segmentring (2) und Schlitzhaube (8) relativ zueinander bewegbar sind und die Anzahl der Schlitze die Hälfte der Anzahl der Gasführsegmente (3, 4) beträgt, DOLLAR A ausgebildet. DOLLAR A Hierbei können der Segmentring (2) und/oder die Schlitzhaube (8) drehbar ausgebildet sein. Vorzugsweise sind 6, 8 oder 10 Gasführsegmente (3, 4) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmebehandlungsanlage, wie beispielsweise einen Vakuumofen, insbesondere zum Abschrecken von Werkstücken durch Gase, wobei das Abschrecken der Werkstücke in einem Behandlungsraum und/oder einer Kaltkammer erfolgt, mit einem den Behandlungsraum und/oder die Kaltkammer umgebenden Raum, vorzugsweise einem Ringraum, der der Führung des Gases dient, mit wenigstens einem Wärmetauscher, wenigstens einem Lüfter und Mittel zum Wechseln der Strömungsrichtung des Gases.

Eine gattungsgemäße Wärmebehandlungsanlage ist aus der EP-A 0 798 391 bekannt. Bei den meisten Wärmebehandlungsverfahren, insbesondere bei dem sog. Hochdruck- Gasabschrecken, ist eine optimale Führung des über das abzuschreckende Werkstück geleiteten Gases, bei dem es sich vorzugsweise um Stickstoff handelt, von großer Bedeutung. Dabei ist es oftmals erforderlich, daß ein energiereicher Gasstrom - der eine Energie bis zu 100 KW und mehr aufweisen kann -, innerhalb kürzester Zeit um 180°C umgelenkt werden muß.

Um dies realisieren zu können, werden bei Wärmebehandlungsanlagen, wie sie in der vorgenannten EP-A 0 798 391 beschrieben sind, Gasführungs- bzw. Gasleitbleche angeordnet, die ein Ändern bzw. Umkehren der Strömungsrichtung des über das abzukühlende Werkstück geführten Gases ermöglichen; siehe beispielsweise die in dem Fachartikel "Vacuum Heat Treatment VKNQ - the Alternative Furnace Type" aus HEAT TREATMENT OF METALS, Ausgabe 1/1997 beschriebene Wärmebehand lungsanlage.

Die bekannten Wärmebehandlungsanlagen bzw. die in ihnen installierten Vorrich tungen zur Änderung bzw. Umkehrung der Gasströmung benötigen jedoch einen vergleichsweise großen technischen Aufwand. Oftmals ist zudem eine komplizierte und aufwendige Steuerung erforderlich, wobei dennoch die Umschaltung zu lange dauert. Neben einem unerwünschten Energieverlust haben die bekannten Vorrichtungen oftmals auch den Nachteil, daß das Werkstück bzw. die Charge nicht optimal an- und/oder durchströmt wird. Eine Vielzahl der bekannten Vorrichtungen weist zudem einen vergleichsweise großen Platzbedarf auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wärmebehandlungsanlage der eingangs genannten Art anzugeben, mittels derer die angeführten Nachteile vermieden werden können.

Die erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Wechseln der Strömungsrichtung des Gases

- als ein Segmentring,
- mit einem zentrisch angeordneten Ansaugstutzen, der mit dem Lüfter in Wirkverbindung steht,
- mit wenigstens zwei Gasführsegmenten, wobei wenigstens eines der Gasführsegmente zu dem Behandlungsraum und/oder der Kaltkammer gasdicht abgeschlossen ist und eine Wirkverbindung zwischen dem (Ring)Raum und dem Ansaugstutzen ermöglicht,
- sowie mit einer oberhalb des Segmentringes angeordneten Schlitzhaube, wobei Segmentring und Schlitzhaube relativ zueinander bewegbar sind und die Anzahl der Schlitze die Hälfte der Anzahl der Gasführsegmente beträgt,

ausgebildet sind.

Die erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanlage weiterbildend wird vorgeschlagen, daß der Segmentring und/oder die Schlitzhaube drehbar ausgebildet sind.

Wie anhand der Figurenbeschreibung deutlich werden wird, ist es konstruktiv weniger aufwendig, wenn die Schlitzhaube drehbar ausgebildet ist, während der Segmentring fest angeordnet ist. Prinzipiell kann jedoch auch der umgekehrte Fall - also Segment ring drehbar ausgebildet und Schlitzhaube fest angeordnet - realisiert werden. Schluß endlich ist es zudem denkbar, daß sowohl der Segmentring als auch die Schlitzhaube drehbar ausgebildet sind.

Die Anzahl der Gasführsegmente ist entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausge staltung der erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsanlage geradzahlig, wobei vorzugsweise 6, 8 oder 10 Gasführsegmente vorgesehen werden. Auch hier gilt, daß auch eine ungeradzahlige Anzahl von Gasführsegmenten realisiert werden kann.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die erfindungsgemäße Wärmebehand lungsanlage für einen Druck von wenigstens 2 bar, vorzugsweise wenigstens 10 bar ausgelegt wird.

Die erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanlage sowie weitere Ausgestaltungen derselben seien anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 Eine seitliche Schnittdarstellung einer möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsanlage.

Fig. 2 Eine seitliche Schnittdarstellung durch den oberen Bereich der in der Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung der Wärmebehandlungsanlage, wobei der Gasstrom aus der Kaltkammer 1 in den Ringraum 7 strömt.

Fig. 3 Eine seitliche Schnittdarstellung durch den oberen Bereich der in der Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung der Wärmebehandlungsanlage, wobei der Gasstrom aus dem Ringraum 7 in die Kaltkammer 1 strömt.

Fig. 4 Eine Schnittdarstellung von oben durch den oberen Bereich der in der Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung der Wärmebehandlungsanlage entlang der Linie B-B.

Die in der Fig. 1 in einer seitlichen Schnittdarstellung gezeigte Wärmebehandlungs anlage ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung zu einer im wesentlichen senkrechten Achse A rotationssymetrisch aufgebaut. Sie umfaßt eine Kaltkammer 1, in die das abzuschreckende Werkstück bzw. die abzuschreckende Charge 10 einge bracht und mittels Über- und/oder Hindurchleiten des Gases abgeschreckt wird. Die Kaltkammer 1 wird von einem Ringraum 7 umgeben, in dem ein Wärmetauscher 11 angeordnet ist. Selbstverständlich kann der Wärmetauscher 11 auch an anderen zweckmäßigen Stellen innerhalb der Wärmebehandlungsanlage angeordnet werden.

Neben der in der Fig. 1 dargestellten Wärmebehandlungsanlage sind Wärmebehand lungsanlage bekannt, die zwar einen Behandlungsraum aber keine Kaltkammer oder aber einen Behandlungsraum sowie eine Kaltkammer aufweisen. Die Erfindung ist auch bei derartigen Konstruktionen realisierbar, wobei entweder nur der Behandlungs raum oder die Kaltkammer oder beide von einem Raum, vorzugsweise - wie in der Fig. 1 dargestellt - von einem Ringraum 7 umgeben sind.

Der Ringraum 7 und die Kaltkammer 1 stehen sowohl über den Segmentring 2 - der im folgenden erläutert werden wird - als auch über den unteren Bereich 9 der Wärmebe handlungsanlage in Wirk- bzw. Strömungsverbindung.

Oberhalb der Kaltkammer 1 ist ein zu der im wesentlichen senkrechten Achse A rotationssymetrisch aufgebauter Segmentring 2 angeordnet. Dieser besteht aus einem zentrisch angeordneten Ansaugstutzen 5, der mit dem Lüfter bzw. Ventilator 6 in Wirkverbindung steht. Der Segmentring 2 besteht des weiteren aus wenigstens zwei Gasführsegmenten 3 und 4, wie sie in der Fig. 4 in einer Draufsicht entlang der in der Fig. 1 gezeigten Linie B-B erkennbar sind. Wenigstens eines dieser Gasführseg mente ist zu der Kaltkammer 1 gasdicht abgeschlossenen und ermöglicht eine Wirkverbindung - also das Strömen des Gases - zwischen dem Ringraum 7 und dem Ansaugstutzen 5 und damit dem Lüfter 6.

Oberhalb des Segmentringes 2 ist eine Schlitzhaube 8 angeordnet, wobei diese im Falle der in den Figuren dargestellten Ausgestaltung drehbar ausgeführt ist, während der Segmentring 2 nicht drehbar ausgebildet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsanlage werden die unterschiedlichen Gasführsegmente 3 und 4 relativ zu der Schlitzhaube 8 immer so angeordnet, daß mittels der einen Hälfte der Gasführsegmente Gas aus der Kaltkammer 1 oder dem Ringraum 7 über den Ansaugstutzen 5 zu dem Lüfter 6 geführt wird, während mittels der zweiten Hälfte der Gasführsegmente Luft von dem Lüfter 6 zu dem Ringraum 7 oder der Kaltkammer 1 geführt wird.

In der Fig. 2 ist anhand der Pfeile eine Gasführung gezeigt, bei der das über das abzuschreckende Werkstück bzw. die abzuschreckende Charge 10 strömende Gas aus der Kaltkammer 1 über den Ansaugstutzen 5 dem Lüfter 6 und von diesem dem Ringraum 7 zugeleitet wird. In ihm strömt das Gas nach Durchgang durch den Wärmetauscher 11 über den unteren Bereich 9 der Wärmebehandlungsanlage wieder zu dem/der in die Kaltkammer 1 eingebrachten Werkstück/Charge 10.

Um diesen Strömungsverlauf zu ermöglichen, werden diejenigen Gasführsegmente, die keinen gasdichten Abschluß zu der Kaltkammer 1 aufweisen, mit den geschlos senen Bereichen der Schlitzhaube 8 zur Deckung gebracht. Dies hat zur Folge, daß diejenigen Gasführsegmente, die zu der Kaltkammer 1 gasdicht abgeschlossenen sind, mit den Schlitzen der Schlitzhaube 8 zur Deckung kommen. Somit kann Gas aus der Kaltkammer 1 über die erste Hälfte der Ansaugstutzen sowie über den Ansaugstutzen 5 zu dem Lüfter 6 strömen, während das vom Lüfter 6 weg strömende Gas über die andere Hälfte der Gasführsegmente in den Ringraum 7 geleitet wird.

Somit werden - wie in der Fig. 4 gezeigt - im Falle von acht Gasführsegmenten vier Gasführsegmente 4 von unten nach oben und vier Gasführsegmente 3 von oben nach unten durchströmt.

Eine Umkehrung der Strömungsrichtung wird nun dadurch erzielt, daß die Schlitzhaube 8 um 360°/n - wobei n der Anzahl der Gasführsegmente entspricht - weitergedreht wird. Dadurch kommen diejenigen Gasführsegmente, die zu der Kaltkammer 1 gasdicht abgeschlossen sind, mit den geschlossenen Bereichen der Schlitzhaube 8 zur Deckung, während diejenigen Gasführsegmente, die keinen gasdichten Abschluß zu der Kaltkammer 1 aufweisen, mit den Schlitzen der Schlitzhaube 8 zur Deckung gebracht werden.

Dies hat den in der Fig. 3 dargestellten Strömungsverlauf zur Folge, bei dem Gas aus dem Ringraum 7 über diejenigen Gasführsegmente, die zu der Kaltkammer 1 gasdicht abgeschlossen sind, und dem Ansaugstutzen 5 dem Lüfter 6 zugeführt werden, während das Gas von dem Lüfter 6 über die oben und unten geöffneten Gasführseg mente in die Kaltkammer 1 strömt.

Die Strömungsrichtung des Gases kann bei der erfindungsgemäßen Wärmebehand lungsanlage somit auf einfachste Weise und innerhalb kürzester Zeit um 180° gedreht werden. Hierzu ist - wie bereits erwähnt - lediglich ein Verdrehen von Segmentring 2 und Schlitzhaube 8 relativ zueinander um 360°/n (n: Anzahl der Gasführsegmente) erforderlich.

Die erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanlage erfordert somit lediglich einen geringen technischen und steuertechnischen Aufwand. Sie besteht aus lediglich einem Funktionselement, ist vergleichsweise platzsparend, weist eine sehr hohe Zuverlässig keit auf, ermöglicht einen optimalen Strömungsverlauf sowie einen verlustarmen Betrieb und ist in ihrer Funktion druckunabhängig. Des weiteren ist bei bestehenden Wärmebehandlungsanlagen auf einfache Weise ein Nachrüsten möglich.

Claims

1. Wärmebehandlungsanlage, beispielsweise ein Vakuumofen, insbesondere zum Abschrecken von Werkstücken durch Gase, wobei das Abschrecken der Werkstücke in einem Behandlungsraum und/oder einer Kaltkammer erfolgt, mit einem den Behandlungsraum und/oder die Kaltkammer umgebenden Raum, vorzugsweise einem Ringraum, der der Führung des Gases dient, mit wenigstens einem Wärmetauscher, wenigstens einem Lüfter und Mittel zum Wechseln der Strömungsrichtung des Gases, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Wechseln der Strömungsrichtung des Gases

- als ein Segmentring (2),
- mit einem zentrisch angeordneten Ansaugstutzen (5), der mit dem Lüfter (6) in Wirkverbindung steht,
- mit wenigstens zwei Gasführsegmenten (3, 4), wobei wenigstens eines der Gasführsegmente zu dem Behandlungsraum und/oder der Kaltkammer (1) gasdicht abgeschlossen ist und eine Wirkverbindung zwischen dem (Ring)Raum (7) und dem Ansaugstutzen (5) ermöglicht,
- sowie mit einer oberhalb des Segmentringes (2) angeordneten Schlitzhaube (8), wobei Segmentring (2) und Schlitzhaube (8) relativ zueinander bewegbar sind und die Anzahl der Schlitze die Hälfte der Anzahl der Gasführsegmente (3, 4) beträgt,

ausgebildet sind.

2. Wärmebehandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Segmentring (2) und/oder die Schlitzhaube (8) drehbar ausgebildet sind.

3. Wärmebehandlungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Gasführsegmente (3, 4) geradzahlig ist, vorzugsweise 6, 8 oder 10 Gasführsegmente (3, 4) vorgesehen sind.

4. Wärmebehandlungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsraum und/oder die Kaltkammer (1) sowie der Segmentring (2) zu der im wesentlichen senkrechten Achse (A) rotations symmetrisch aufgebaut sind.

5. Wärmebehandlungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie für einen Druck von wenigstens 2 bar, vorzugsweise wenigstens 10 bar ausgelegt ist.