DE202012010241U1 - Vacuum chamber furnace - Google Patents
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Abstract
Vakuum-Kammerofen, insbesondere Vakuum-Kammerofen mit Hochdruck-Gasabschreckung, mit einem eine Tür aufweisenden Ofengehäuse (2), in dem eine im wesentlichen zylindrische Heizkammer (3), ein Wärmetauscher und ein Gebläse mit Elektromotor angeordnet sind, wobei in der Heizkammer (3) über den Umfang verteilt angeordnete Gasdüsen (4) sowie Tragbänke (5) zur Aufnahme einer zu temperierenden Charge (6) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizkammer (3) im unteren Bereich der Tragbänke (5) mit einer Vertiefung (7) versehen ist, in der die dort befindlichen Gasdüsen (4) parallel zur zu temperierenden Charge (6) in zwischen den Tragbänken (5) verlaufenden Reihen angeordnet sind.Vacuum chamber furnace, in particular vacuum chamber furnace with high-pressure gas quenching, with a furnace housing (2) which has a door and in which an essentially cylindrical heating chamber (3), a heat exchanger and a fan with an electric motor are arranged, the heating chamber (3 ) gas nozzles (4) and supporting benches (5) distributed around the circumference are provided for receiving a batch (6) to be tempered, characterized in that the heating chamber (3) in the lower region of the supporting benches (5) has a recess (7) is provided, in which the gas nozzles (4) located there are arranged parallel to the batch (6) to be tempered in rows running between the supporting benches (5).
Description
Die Gebrauchsmusteranmeldung betrifft einen Vakuum-Kammerofen, insbesondere Vakuum-Kammerofen mit Hochdruck-Gasabschreckung, mit einem eine Tür aufweisenden Ofengehäuse, in dem eine im wesentlichen zylindrische Heizkammer, ein Wärmetauscher und ein Gebläse mit Elektromotor angeordnet sind, wobei in der Heizkammer über den Umfang verteilt angeordnete Gasdüsen sowie Tragbänke zur Aufnahme einer zu temperierenden Charge vorgesehen sind.The utility model application relates to a vacuum chamber furnace, in particular vacuum chamber furnace with high-pressure gas quenching, with a furnace housing having a door, in which a substantially cylindrical heating chamber, a heat exchanger and a fan with electric motor are arranged, distributed in the heating chamber over the circumference arranged gas nozzles and support benches are provided for receiving a batch to be tempered.
Vakuum-Kammeröfen mit Hochdruck-Gasabschreckung sind seit Jahrzehnten aus der Praxis bekannt. Sie sind nach dem sog. ”Kaltwandprinzip” aufgebaut. Dabei ist das Außengehäuse horizontal zylindrisch und doppelwandig aufgebaut sowie wassergekühlt. Eine thermische Belastung wird bei dieser Bauweise ausgeschlossen, da nach außen keine messbare Temperatur abgegeben wird.Vacuum chamber furnaces with high-pressure gas quenching have been known from practice for decades. They are constructed according to the so-called "cold wall principle". The outer casing is horizontally cylindrical, double-walled and water-cooled. A thermal load is excluded in this construction, since no measurable temperature is emitted to the outside.
In dem Ofengehäuse befinden sich die Heizkammer, der Wärmetauscher, das Hochleistungsradialgebläse mit Elektromotor und die Kühlgasführungskanäle. Außerhalb des Ofengehäuses sind der Vakuumpumpenstand, der Transformator und der Schaltschrank installiert. Die so gegebene kompakte Bauweise garantiert einen äußerst geringen Platzbedarf. Die Aufstellung wird weitgehend an die örtlichen Gegebenheiten angepasst. Die wartungsfreundliche Konstruktion gestattet leichte Zugänglichkeit zu allen Elementen und Bauteilen der Ofenanlage.In the furnace housing are the heating chamber, the heat exchanger, the high-performance radial fan with electric motor and the cooling gas guide channels. Outside the furnace housing, the vacuum pump stand, the transformer and the control cabinet are installed. The thus given compact design guarantees a very small footprint. The installation is largely adapted to the local conditions. The maintenance-friendly design allows easy access to all elements and components of the furnace.
Das Be- und Entladen des Ofens erfolgt gewöhnlich von vorne. Die Charge wird hierbei beispielsweise von einem schienengeführten Chargierwagen exakt in die Heizkammer positioniert. Die Chargiergestelle liegen dabei auf einer Transportgabel und werden über einen hydraulischen Zylinder auf die Chargenträger im Heizeinsatz abgesetzt. Die schwenkbare Ofentür wird nach dem Beladen mit dem Ofengehäuse hydraulisch oder elektrisch gegen Überdruck abgesichert. Der gewünschte Zeit-Temperaturzyklus erfolgt sodann vollautomatisch.The loading and unloading of the furnace usually takes place from the front. For example, the batch is positioned exactly in the heating chamber by a rail-guided charging trolley. The charging racks lie on a transport fork and are deposited on the batch carriers in the heating insert via a hydraulic cylinder. The hinged oven door is secured hydraulically or electrically against overpressure after being loaded with the oven housing. The desired time-temperature cycle is then fully automatic.
Eine verzugsarme Wärmebehandlung benötigt in allen Temperaturbereichen eine gleichmäßige Erwärmung der Werkstücke. Wirtschaftlichkeit muss durch kurze Zykluszeiten gewährleistet sein. Durch eine intensive Heißgasumwälzung bis max. 850°C wird die Energie von der Heizung an die Charge schnell und gleichmäßig weitergegeben. Im höheren Temperaturbereich werden die Vorteile der Strahlungsenergie genutzt.A low-distortion heat treatment requires uniform heating of the workpieces in all temperature ranges. Economy must be ensured by short cycle times. Through an intensive hot gas circulation up to max. 850 ° C, the energy is passed from the heater to the batch quickly and evenly. In the higher temperature range, the benefits of radiant energy are used.
Die Anlage wird nach dem Evakuieren mit Schutzgas (beispielsweise Stickstoff N2) geflutet. Das Schutzgas erwärmt sich an den Heizungselementen (Zwangskonvektion) und heizt die Charge schnell und gleichmäßig auf. Im höheren Temperaturbereich wird das Schutzgas automatisch über die Vakuumpumpen abgesaugt. Die Energieübertragung erfolgt hier hauptsächlich durch Wärmestrahlung.The system is flooded after evacuation with inert gas (for example, nitrogen N 2 ). The inert gas heats up at the heating elements (forced convection) and heats up the charge quickly and evenly. In the higher temperature range, the shielding gas is automatically sucked off via the vacuum pumps. The energy transfer takes place here mainly by heat radiation.
Durch dieses ”Duale Erwärmungsverfahren” werden die physikalischen Eigenschaften der Konvektion und Strahlung voll wirksam und zusätzlich eine sehr wirtschaftliche Wärmebehandlung sichergestellt.Through this "dual heating process", the physical properties of convection and radiation are fully effective and additionally a very economical heat treatment is ensured.
Dieses Aufheizsystem ermöglicht:
- • kürzere Chargenzeiten bei verbesserter Qualität,
- • kostengünstiges Härten und Anlassen in einer Anlage im Vollautomatikbetrieb,
- • hohe Oberflächenqualität (blank) der Teile nach der Wärmebehandlung.
- • shorter batch times with improved quality,
- Cost-effective hardening and tempering in a plant in fully automatic operation,
- • high surface quality (bright) of the parts after the heat treatment.
Die Charakteristik einer hochwertigen Vakuum-Ofenanlage zeichnet sich unter anderem darin aus, die Charge so gleichmäßig wie möglich abzukühlen. Dies bedeutet maximale Qualität der Bauteile in Bezug auf Verzüge, gleichmäßige Härte und Gefüge, etc.One of the characteristics of a high-quality vacuum furnace is that it cools the charge as evenly as possible. This means maximum quality of the components in terms of distortion, uniform hardness and texture, etc.
Hierfür sind bei den unterschiedlichen Systemen Öffnungen im Heizeinsatz vorgesehen. Die Öffnungen sind dabei so dimensioniert und ausgeführt, dass der Kühlgasstrom gleichmäßig und ohne gravierende Strömungsverluste auf die Charge trifft. Je nach Anforderung können unterschiedlich definierte Kühlprogramme realisiert werden.For this purpose, openings in the heating insert are provided in the different systems. The openings are dimensioned and designed so that the cooling gas flow hits the batch evenly and without serious flow losses. Depending on the requirements, differently defined cooling programs can be realized.
Die Schnellkühleinrichtung bestehend aus Wärmetauscher, Kühlventilatoreinheit, Kühlgasklappen und Gasleiteinrichtung ist so optimiert worden, dass ein maximaler Gas-Volumenstrom bei der installierten Motorleistung gewährleistet ist.The rapid cooling device consisting of heat exchanger, cooling fan unit, cooling gas flaps and gas guide has been optimized so that a maximum gas flow rate is guaranteed at the installed engine power.
Bei der Hochdruck-Gasabschreckung in einem Vakuum-Ofen gibt es verschiedene Möglichkeiten das Kühlgas (meistens Stickstoff oder Argon) an die Charge heranzuführen, um diese abzukühlen.In high-pressure gas quenching in a vacuum oven, there are several ways to introduce the cooling gas (usually nitrogen or argon) to the batch to cool it.
Man kann beim Kühlen von zwei wesentlichen Arten der Kühlgasströmung sprechen, dem Anströmen und dem Durchströmen:
Beim Anströmen wird die Charge meistens durch über 360° über den Umfang verteilte Gaseinlassöffnungen (sog. „Gasdüsen”) angeströmt und nach hinten über eine oder mehrere Öffnung/en in der Rückwand abgeleitet. Das Kühlgas strömt die Charge an, wird aber nicht durch die Charge hindurchgeleitet. Bei einigen Anlagen werden zusätzlich Gasdüsen in der Tür eingesetzt um etwas Gas durch die Charge hindurchzuleiten.Cooling can be said to be two major types of cooling gas flow, flow and flow:
In the case of onflow, the charge is usually supplied by gas inlet openings (so-called "gas nozzles") distributed over the circumference over 360 ° and is led off to the rear via one or more openings in the rear wall. The cooling gas flows to the batch, but is not passed through the batch. In some systems, additional gas nozzles are used in the door to pass some gas through the batch.
Beim Durchströmen wird der Gasstrom von einer Seite aus durch die Charge hindurchgeleitet und auf der gegenüber liegenden Seite wieder aus der Heizkammer herausgeführt. Die Gasströmung kann hierbei in vertikaler Richtung von unten nach oben oder aber auch in horizontaler Richtung von einem zum anderen Ende erfolgen. Dabei ist es auch möglich, die Kühlgasrichtung umzukehren, so dass das Kühlgas auch von oben nach unten bzw. in umgekehrter horizontaler Richtung durch die Charge geführt werden kann.When flowing through the gas flow is passed from one side through the batch and on the opposite side again led out of the heating chamber. The gas flow can take place here in the vertical direction from bottom to top or in the horizontal direction from one end to the other. It is also possible to reverse the cooling gas direction, so that the cooling gas can also be passed from top to bottom or in the reverse horizontal direction through the batch.
Bei einer runden Heizkammer der beschriebenen Konstruktion werden im unteren Bereich zunächst die Tragbänke angeströmt, bevor die Charge erreicht wird. Dies führt zu Strömungsverlusten und langsameren und ungleichmäßigeren Kühlgeschwindigkeiten in der Charge.In a round heating chamber of the construction described in the lower area, first the carrying banks are flown before the batch is reached. This leads to flow losses and slower and more uneven cooling rates in the batch.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Vakuum-Kammerofen der eingangs genannten und zuvor näher beschriebenen Art so auszugestalten und weiterzubilden, dass die vorstehenden Nachteile vermieden werden.The invention is therefore based on the object, a vacuum chamber furnace of the type mentioned above and described in more detail above and further, that the above disadvantages are avoided.
Als Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass die Heizkammer im unteren Bereich der Tragbänke mit einer Vertiefung versehen ist, in der die dort befindlichen Gasdüsen parallel zur zu temperierenden Charge in zwischen den Tragbänken verlaufenden Reihen angeordnet sind. Dieses führt einer direkten Anströmung der Charge und damit zu einer gleichmäßigeren und schnelleren Kühlung der Charge. Der Kühlgasstrom wird durch die Tragbänke nicht mehr behindert.As a solution to this problem it is proposed that the heating chamber is provided in the lower region of the supporting banks with a recess in which the gas nozzles located there are arranged parallel to the charge to be tempered in the rows extending between the support banks. This leads to a direct flow of the charge and thus to a more uniform and faster cooling of the batch. The cooling gas flow is no longer hindered by the support benches.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Gasdüsen in der Wandung der Heizkammer in parallelen Reihen angeordnet sind.A further embodiment of the invention provides that the gas nozzles are arranged in the wall of the heating chamber in parallel rows.
Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vertiefung der Heizkammer einen polygonen Querschnitt aufweist. Auf diese Weise wird ohne eine Vergrößerung des Ofenvolumens der gewünschte Zweck einer gleichmäßigen Anströmung der Charge erreicht. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Vertiefung der Heizkammer auch einen birnen- oder U-förmigen Querschnitt aufweisen kann, auch wenn sich hierdurch das Volumen der Heizkammer etwas erhöht. Gegebenenfalls kann durch eine solche Ausgestaltung die Konstruktion der Heizkammer vereinfacht werden.According to another preferred embodiment of the invention it is provided that the recess of the heating chamber has a polygonal cross-section. In this way, without an increase in the furnace volume of the desired purpose of a uniform flow of the charge is achieved. Alternatively, it is also possible that the recess of the heating chamber may also have a pear- or U-shaped cross-section, even if this increases the volume of the heating chamber slightly. Optionally, the design of the heating chamber can be simplified by such an embodiment.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass jeweils eine Reihe von Gasdüsen zwischen zwei Heizungsbrücken eines Heizeinsatzes angeordnet ist. Solche Heizungsbrücken halten, neben der elektrischen Verbindung, die Heizstäbe an ihren Enden auf Abstand zur Wandung der Heizkammer. Sie können für den runden Teil der Heizkammer gebogen sein und sind für den unteren Bereich der Heizkammer gerade ausgeführt.A further teaching of the invention provides that in each case a row of gas nozzles is arranged between two heating bridges of a heating insert. Such heating bridges hold, in addition to the electrical connection, the heating elements at their ends at a distance from the wall of the heating chamber. They may be bent for the round part of the heating chamber and are straight for the lower part of the heating chamber.
Schließlich sieht eine weitere Lehre der Erfindung vor, dass das Gebläse als Hochleistungsradialgebläse ausgebildet ist.Finally, another teaching of the invention provides that the fan is designed as a high-performance radial fan.
Die Erfindung wird anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to a drawing showing only a preferred embodiment of the invention. In the drawing show
Die kleinen Pfeile in
Erfindungsgemäß ist nun, wie in
Im dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Vertiefung
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass jeweils eine Reihe von Gasdüsen
Man erkennt ferner deutlich, dass die Reihen der Gasdüsen
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DE201220010241 DE202012010241U1 (en) | 2012-10-26 | 2012-10-26 | Vacuum chamber furnace |
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Family Applications (1)
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DE201220010241 Expired - Lifetime DE202012010241U1 (en) | 2012-10-26 | 2012-10-26 | Vacuum chamber furnace |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
CN105364045A (en) * | 2014-08-29 | 2016-03-02 | 一胜百模具技术(上海)有限公司 | Nozzles for vacuum furnace cooling |
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-
2012
- 2012-10-26 DE DE201220010241 patent/DE202012010241U1/en not_active Expired - Lifetime
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: HARLACHER, MECHTHILD, DIPL.-ING., DE |
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