DE2041437C3 - Elektrovakuumofen zur Wärmebehandlung von Erzeugnissen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrovakuumofen zur Wärmebehandlung von Erzeugnissen mit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordneter Vorkammer und Heizkammer, einer Beschickungs- und Austragsvorrichtung sowie einem vakuumdichten Verschluß zwischen Vor- und Heizkammer.

Ein derartiger Ofen ist aus der US-Patentschrift 31 24 634 bekannt. Dieser Ofen enthält einen Vorvakuumraum, in dem das zu behandelnde Werkstück zunächst eingebracht wird. Nach dieser Vorbehandlung wird das Werkstück in der Heizkammer, die gegen die Vorkammer abschließbar ist unter Hochvakuum fertig behandelt.

Während des Aufenthalts im Vorvakuumraum werden die zu behandelnden Erzeugnisse nur in sehr geringem Maße entgast, wodurch die Wärmebehandlung der Erzeugnisse in der Heizkammer viel Zeit erfordert. Außerdem kann in den Heizkammern der bekannten Elektrovakuumofen ein Ultrahochvakuum nur sehr schwer erzeugt werden. Ohne Ultrahochvakuum läßt sich jedoch die Qualität der zu behandelnden Erzeugnisse nicht verbessern. Daß sich ein Ultrahochvakuum nur sehr schwer erzeugen läßt, ist darauf zurückzuführen, daß an der Oberfläche der nur ungenügend vorbehandelten Erzeugnisse, die in die Heizkammer eingebracht werden, eine ungeheure Anzahl von Wassermolekülen vorhanden ist, die aus der umgebenden Atmosphäre vom Erzeugnis adsorbiert wurden.

Auf Grund von Untersuchungen auf dem Gebiet der Vakuumwärmebehandlung von Erzeugnissen aus Reinstmetallen und Legierungen wurde festgestellt, daß die Qualität der im Ultrahochvakuum erwärmten Erzeugnisse nicht nur durch die aus der umgebenden Atmosphäre eindringenden Gase, sondern auch durch eine große Anzahl von adsorbierten Gas- und Wassermolekülen beeinträcntigt wird, die sich bereits vor der Behandlung auf dem Erzeugnis befinden. Diese Gas- und insbesondere die Wassermoleküle bewirken, daß zu ihrer Evakuierung durch Vakuumpumpen viel Zeit erforderlich ist. Außerdem reagieren sie bei ansteigenden Temperaturen im Innern des Ofens nicht nur mit dem Material des Erzeugnisses, sondern auch mit dem Material der Wärmeabschirmung und der Heizelemente, wodurch die Qualität der Erzeugnisse und die Lebensdauer des Ofens herabgemindert werden.

Zudem sinkt die Leistung der Vakuumpumpen, wodurch das Vakuum im Ofen erniedrigt wird

Um die beschriebenen Effekte zu vermeiden oder zumindestens in ihrer Wirkung herabzusetzen, wurden die der Wärmebehandlung zu unterziehenden Werkstücke vor der eigentlichen Behandlung in einem zusätzlichen und damit zeit- und arbeitsaufwendigen Vorbehandlungsverfahren entölt oder entfettet.

Aus der schweizerischen Patentschrift 4 58 635 ist es ίο bekannt, in einem in einer Heizzone eines Vakuumofens befindlichen Rezipienten ein unabhängiges Vakuum zu schaffen.

Ferner ist aus der US-Patentschrift 29 71 039 ein Deckel bekannt, der die Heizkammer abdichtet
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Elektrovakuumofen zur Wärmebehandlung von Gegenständen zu schaffen, in dessen Vorkammer zur Beschleunigung des Wärmebehandlungsvcrganges eine Vor-Entgasung durchgeführt und dadurch die Qualität der behandelten 2u Gegenstände verbessert und folglich die Arbeitsleistung des Ofens gesteigert werden kann.

Dies wird nach der Erfindung bei einem Elektrovakuumofen jur Wärmebehandlung von Erzeugnissen durch die im Anspruch gekennzeichneten Merkmale erreicht.

Durch Heizelemente in der Vorkammer wird es möglich, die zu behandelnden Gegenstände im Vorentgasungsraum zu beheizen und dadurch zu entgasen. Dadurch wird erreicht, daß die anschließende Wärmebehandlung im Ultrahochvakuum unter günstigeren Bedingungen erfolgt, so daß die Qualität der Gegenstände verbessert und die Arbeitsleistung des Ofens gesteigert wird.

Die Heizkammer ist an eine Einrichtung zur Erzeugung eines Ultrahochvakuums angeschlossen. Dadurch kann die Wärmebehandlung unter Bedingungen durchgeführt werden, die dem kosmischen Vakuum bei hohen Temperaturen entsprechen.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Elektrovakuumofen im Längsschniu,

F i g. 2 eine Vorkammer des Ofens (vergrößert),

F i g. 3 einen Schnitt III-II1 durch die Vorkammer.
Ein Elektrovakuumofen nach der Erfindung besitzt ein Gehäuse 1 (Fig. 1), in dem eine Vorkammer 2, die zur Entgasung der zu behandelnden Erzeugnisse bestimmt ist, sowie eine Heizkammer 3 zur Behandlung der Erzeugnisse unter den Bedingungen des Ultrahoch-Vakuums bei hoher Temperatur angeordnet sind.

Die Vorkammer 2 besitzt Heizelemente 4, die in Form

von Stäben 5 (Fig.2) ausgeführt sind, die durch bogenförmige Teile 6 festgehalten sind, die mit gabelförmigen Teilen 7 (F i g. 3) von Stromzuführungen 8 verbunden sind.

Außerdem weist die Vorkammer 2 eine Wärmeisolation 9 auf, die aus konzentrisch angeordneten Mantelschüssen 10 aus hitzebeständigem Metall ausgeführt ist und an der Innenwand des Gehäuses 1 des Ofens befestigt ist. Die Heizkammer 3 (Fig. 1) besitzt ein Hochtemperaturheizelement 11 und eine Wärmeisolation 12, die ähnlich der Wärmeisolation 9 der Vorkammer 2 ausgebildet ist.

Ferner weist die Heizkammer 3 einen Vakuumverschluß 13 und eine Kühlrohrschlange 14 auf, die an ihrer Außenoberfläche angebracht ist und zu ihrer Kühlung dient.

Der Kammerraum der Heizkammer 3 ist an eine

Einrichtung 15 zur Erzeugung eines Ultrahochvakuums angeschlossen. Zum Einbringen der zu behandelnden Erzeugnisse in die Kammern 2 und 3 des Ofens und zu deren Austragen nach der Behandlung ist der Ofen mit einer Beschickungs- und Austragsvorrichtung 16 bis 20 versehen, die einen Behälter 17 für die Erzeugnisse enthält.

Die Vorrichtung besitzt eine Vertikalverschiebeeinrichtung 18 für eine Hubstange 19, die an einer Säule 20 fliegend gelahrt ist

An der Hubstange 19 der Vorrichtung ist ein als Deckel dienender Teller 21 befestigt, der seiner Gestalt nach dem Vakuumverschluß 13 gleich ist Der Behälter 17 ist am unteren Ende der Hubstange 19 befestigt

Das Gehäuse 1 des Ofens besitzt einen Beschickungsstutzen 22 mit einem Deckel 23, eine Bohrung mit einer Vakuumdichtung 24 (F i g. 2), durch die die Hubstange 19 !«indurchgeführt ist Im unteren Teil des Gehäuses 1 (Fig. 1) ist ein Flansch 25 zum Anschluß einer Einrichtung 26 zur Erzeugung eines Vakuums vorgesehen.

Der Elektrovakuumofen arbeitet folgendermaßen. Die zu behandelnden Erzeugnisse (Einzelteile von Elektrovakuum- und Gasentladungsgeräten) werden in den Behälter 17 durch den Beschickungsstutzen 22 eingebracht, worauf der Deckel 23 geschlossen wird. Dann wird die Vertikalverschiebeeinrichtung 18 eingeschaltet und die Hubstange 19 mit dem Behälter 17 senkt sich in die Vorkammer 2. Sodann wird die Einrichtung 26 zur Vakuumerzeugung und die Heizelemente 4 eingeschaltet. Die Höhe des Vakuums und der Temperatur werden entsprechend den technologischen Anforderungen der Entgasung der zu behandelnden Erzeugnisse bemessen. Sodann wird die Einrichtung 15 zur Erzeugung eines Ultrahochvakuums in der Heizkammer 3 und das Heizelement 11 dieser Kammer eingeschaltet

Nach der Beendigung der Vorentgasung, deren Dauer durch die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Materials bedingt sind, aus dem die Erzeugnisse hergestellt sind, wird der Vakuumverschluß 13, der die Heizkammer 3 abdichtet, weggeschwenkt, sodann wird der Behälter 17 mit den Eizeugnissen der Vertikalverschiebeeinrichtung 18 in die Heizkammer 3 so weit abgesenkt, daß der Teller 21 den Platz des Vakuumverschiusses 13 einnimmt und die Heizkammer abdichtet Die Bedingungen des Ausglühens der Erzeugnisse in der Heizkammer 3 werden derart gewählt, daß eine maximale Entgasung (im Vakuum bis zu 10~⁹ Torr und bei einer Temperatur bis zu 2000⁰C) ohne Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und bei Formbeständigkeit der Erzeugnisse gewährleistet ist

Ergebnisse von durchgeführten Prüfungen beim Ausglühen von Teilen aus nichtrostendem Stahl in den erfindungsgemäßen Elektrovakuumofen haben gezeigt, daß die Gasentwicklung in fertigen Geräten, in denen die Teile verwendet sind, um ein 20faches vermindert ist.

Nach der Beendigung der Wärmebehandlung der Erzeugnisse wird das Hochtemperaturheizelement 11 abgeschaltet. Sodann wird die Vertikalverschiebeeinrichtung 18 der Vorrichtung zum Austragen des Behälters 17 aus der Heizkammer3 in die Vorkammer 2 betätigt. Danach wird der Vakuumverschluß 13 der Heizkammer 3 wieder geschlossen. Die Einrichtung 26 zur Erzeugung des Vakuums wird abgeschaltet und dem Ofen wird getrocknete Luft oder Edelgas zugeführt. Danach wird der Deckel 23 geöffnet und durch den Beschickungsstutzen 22 werden die fertigen Erzeugnisse aus dem Ofen entnommen.

Hiermit ist der Prozeß der Wärmebehandlung der Erzeugnisse im Elektrovakuumofen beendet

In weiteren Ausführungsbeispielen des Elektrovakuumofens kann jedes Heizelement der Vor- bzw. Heizkammer in Gestalt eines Zylinders aus einem Blech bzw. Netz aus schwerschmelzendem Metall oder aus einem Draht desselben Materials mit zickzackförmiger Gestalt ausgeführt sein, wobei sie an Isolatoren befestigt sind.

Die wärmeisolierenden Abschirmungen der Heizkammer und der Vorkammer des Elektrovakuumofens können in Gestalt von Mantelschüssen aus hitzebeständigem Material ausgeführt sein, die aus Blech oder Band zu einer Rolle zusammengerollt und auf der unteren Grundplatte jeder Kammer aufgestellt sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrovakuumofen zur Wärmebehandlung von Erzeugnissen mit in einem gemeinsamen Gehäuse übereinander angeordneter Vorkammer und Heizkammer, einer Beschickungs- und Austragsvorrichtung sowie einem vakuumdichten Verschluß zwischen Vor- und Heizkammer, dadurch gekennzeichnet, daß Heizelemente (4) in der Vorkammer (2) vorgesehen sind,
   daß die Heizkammer (3) an eine Einrichtung (15) zur Erzeugung eines Ultranochvakuums angeschlossen ist und

   daß an einer Hubstange (19) der Beschickungs- und Austragsvorrichtung (16, 17, 18, 19, 20) ein Teller (21) befestigt ist, wobei der Teller (21) bei geöffnetem Vakuumverschluß (13) eine vakuumdichte Abdichtung der Heizkammer (3) gewährleistet.