DE2104845A1

DE2104845A1 - Verschluß fur eine Öffnung einer eine Atmosphäre eingeschlossen haltenden Kammer

Info

Publication number: DE2104845A1
Application number: DE19712104845
Authority: DE
Inventors: William Millard Pittsburgh Pa Bloom (VStA)
Original assignee: Allegheny Ludlum Industries Inc
Current assignee: Sunbeam Oster Co Inc
Priority date: 1970-02-02
Filing date: 1971-02-02
Publication date: 1971-08-26
Also published as: CA925895A; GB1317718A; FR2078094A5; JPS5414255B1; US3606288A

Description

DIPL.-ING. A. QRÜNECKER DR.-ING. H. KINKELDEY DR.-ING, W. STOCKMAIR₁Ae.

PATENTANWÄLTE

8OOO MÜNCHEN

MaxlmiHonstraÖ· 43 Teltfon 29 71 03/29 67AA Telegramme Monapat München Telex 05-28380

PH 3775-27/iil

2. Februar 1971

Allegheny Ludlum Industries, Inc., Oliver Building, Pittsburgh, Pennsylvania, 15222 / USA

Verschluß für eine öffnung einer eine Atmosphäre eingeschlossen haltenden Kammer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verschluß für eine Öffnung einer eine Atmosphäre eingeschlossen haltenden Kammer.

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Insbesondere schafft die Erfindung eine wirksame Gasdichtung für die Zugangs- und Abgangsseite einer Kammer, vorzugsweise einer solchen, welche in ihrem Inneren eine von der Umgebung verschiedene Atmosphäre einschließt, beispielsweise für einen Durchgangs-Häreofen für Stabmaterial mit einer Wasserstoffatmosphäre.

Durchgangs-Härteöfen für Werkzeugstahl in Stabform, mit einem Rollenbett und einer abgeschlossenen Atmosphäre sind für genaue Temperatur- und Atmosphärenregelung ausgelegt, so daß bei Erhöhung oder Verringerung der Temperatur des eingeführten Materials im Ofen die Zusammensetzung der Atmosphäre derart beeinflußbar ist, daß sie sich in bezug auf den Kohlenstoffgehalt des Stahls neutral verhält. Daher ist der Kohlenstoffgehalt des Stabes nach dem Härten im wesentlichen gleich dem vor dem Härten. An verschiedenen bestimmten Punkten in Längsrichtung des Ofens werden diesem endotherme und exotherme Gase in durch metallurgische Erfordernisse bestimmten Mengen und Verhältnissen kontinuierlich zugeführt, um die erforderlichen Änderungen in der Zusammensetzung und der Temperatur der Gasatmosphäre zu bewirken. Dabei kann es zweckmäßig sein, daß ein an einem gegebenen Punkt in den Ofen eingeführtes Gasgemisch bei einem bestimmten Verfahren und Erzeugnis zur Abgangsseite strömt, bei einem anderen Erzeugnis hingegen mehr zur Zugangsseite' hin. Um dies zu bewirken, sind Einrichtungen erforderlich, die ein an einem Ende des Ofens ausströmendes Gas unter höherem Druck halten als das auf der anderen Seite ausströmende.

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Die Einrichtungen zur Steuerung des Gasaustritts aus den Enden des Ofens sollten es ermöglichen, eine gesteuerte Ausströmrate des Atmosphärengases auch unter veränderlichen Umgebungsbedinguncen aufrechtzuerhalten, beispielsweise wenn die Bedingungen an äen Enden des Ofens sich ändern oder v.^renn sich die Querschnittsfläche der Dichtung beim Durchgang des zugeführten Stabmaterials ändert. Bei öfen mit eingeschlossener Atmosphäre muß der Innendruck größer sein als derjenige der Umgebung οCr.ν auch größer als der Druck in einer Vorkammer oder Gasschleuse, um das Eindringen der Umgebungsatmosphäre durch die Dichtungen in den Ofen zu verhindern, da dieses eine Verunreinigung der darin enthalt enenAtmo Sphäre zur Folge hätte. Der die Dichtungen beaufschlagende Innendruck des Ofens muß auch ausreichen, in der Umgebung des Ofens, beispielsweise im Bereich von offenen Türen eines Gebäudes, aufgrund äußerer Störungen auftreffende Luft zurückzuhalten.

Die Wirksamkeit der Dichtungen und die zur Aufrecht erhaltung des Überdrucks im Ofen erforderliche Gasmenge ist abhängig von dem Durchströmungswiderstand der Dichtung, welche durch den Strömungsquerschnitt, in bezug auf den Strömungskoeffizienten durch die Querschnittsform der Durchströmung und hinsichtlich der Reibungseinflüsse durch die Länge des Strömungsweges bestimmt ist. Eine wirksame Dichtung bzw. ein wirksamer Verschluß sollte in allen Betriebszuständen einen ausreichenden Strömungswiderstand ergeben, um den Gasaustritt auf ein Mindestmaß zu beschränken bzw. einen kontinuierlichen, auf ein Mindestmaß beschränkten Austritt der Atmosphäre mu; dem Ofen in die Umgebung zu gewährleisten. Der Versch]uß soll also einen ausreichenden Durchströmungswideratcnd

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haben, lim sowohl bei geschlossener als auch beispielsweise zum Beschicken des Ofens geöffneter Dichtung jeden Einfluß von Störungen in der umgebenden Atmosphäre auf ein Mindestmaß zu verringern.

Bekannte Verschlüsse zum Begx'enzen des kontinuierlichen Austritts der Atmosphäre aus kontinuierlich arbeitenden Öfen bestehen aus einer Anzahl quer zur Breite der Ofenöffnung aufgehängter Prallbleche oder -klappen. Um den Durchströmungswiderstand auf ein angemessenes Maß zu erhöhen, sind gewöhnlich zwei oder mehr Reihen solcher Prallbleche eingehängt. Solche Prallbleche vermögen die Größe der Ofenöffnung einigermaßen wirksam auf die allgemeine Querschnittsfläche des Beschickungsmaterials zu verringern. Sie v/eisen jedoch den Nachteil auf, daß zwischen einem ganz oder teilweise geöffneten Prallblech und einem diesem benachbarten geschlossenen Prallblech seitliche Öffnungen oder Durchlässe entstehen, wenn irgendwelches Material hindurchgeführt wird. Die Größe dieser Öffnungen kann z.B.' bei einem etwa 50 mm breiten, sich über einen Einlaß mit einer Höhe von 300 mm oder mehr erstreckenden Prallblecb/je nach Abmessungen des Verschlusses bzw. seiner Höhe zwischen wenigen Quadratzen-

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timetern und mehr als 300 cm' schwanken. Diese seitliche Öffnung gibt beträchtlichen Mengen der Ofenatmosphäre den Austritt frei, so daß große Gasmengen erforderlich sind, um den erforderlichen Ofen-Überdruck aufrechtzuerhn]ten. Außerdem ändert sich aufgrund der seitlichen Öffnungen der Durchsatz im Bereich des Vernchlußquerschnitts beträchtlich während des Beschickens einerseits und währrnd keine Beschickung stattfindet andererseits, so daß eieh auch die Druckverteilung im Inneren dos Ofens ändert.

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BADORIGtNAL

Ferner unterliegen herkömmliche Prallblechverschlüsse in beträchtlichem Maße den Einflüssen plötzlicher Änderungen in der umgebenden Atmosphäre, so daß die Austrittsrate der Ofenatmosphäre an der Verschlußstelle schwankt und auf das Druckprofil im Inneren des Ofens zurückwirkt. Eine Störung des Druckprofils im Ofeninneren bewirkt eine Durchmischung und Homogenisierung der Gase in den verschiedenen Abteilungen. Die Wirksamkeit vieler Härteverfahren ist direkt abhängig von der Einhaltung einer bestimmten, profilierten und reproduzierbar herstellbaren Zusammensetzung der Atmosphäre über die Länge des Ofens. Somit beeinträchtigen die bei herkömmlichen Verschlüssen auftretenden Störungen der Ofenatmosphäre das darin zu erzeugende So11-Druckprofil und damit die Güte der Härtung.

Ein wichtiges Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verschlusses der genannten Art, welcher die Einhaltung einer im wesentlichen konstanten Durchströmungsrate der Atmosphäre in die Umgebung ermöglicht, die durch das Ein- oder Austragen von Material oder äußere Luftbewegungen relativ unbeeinträchtigt bleibt.

Bei einem Verschluß der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß er eine Anzahl einzelner Elemente aufweist, Jeweils mit zwei parallel zueinander angeordneten, ebenen Seiten, einer sich zwischen den ebenen Seiten erstreckenden und daran befestigten Abschlußwandung, deren Ausdehnung in Richtung der Befestigungslinie wenigstens die Größe der Ausdehnung der öffnung in einer Richtung hat, und mit Lngever-

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änderungen des Elemente in Richtung der beiden ebenen Seiten zulassenden Befestigiingseinrichtungen, daß die beiden Seiten in Richtung der Lageveränderung eine wenigstens deren Größe entsprechende Ausdehnung haben und daß die einzelnen Elemente mit nebeneinander angeordneten Seiten benachbarter Elemente derart nebeneinander angebracht sind, daß bei Lageveränderung eines Elements die einander benachbarten ebenen Seiten benachbarter Elemente durchgehend überlappend gehalten sind.

Die Verwendung derartiger Verschlüsse gestattet das Aufrechterhalten eines stabilen Profils der Atmosphäre über die Länge des Ofens und damit eine gleichmäßige, hochwertige Härtung. Die einzelnen Elemente sind nebeneinander quer zur Öffnung der Kammer aufgehängt und lassen sich einzeln durch ein in die Kammer eintretendes Werkstück aus ihrer Lage verdrängen. Die parallelen, ebenen Seiten erstrecken sich in Richtung des Eingangs in die Kammer. Beim Eintritt in die Kammer kommt das Material in Anlage an einem oder mehreren Elementen und verdrängt sie aus ihrer Lage, so daß sie den Eintritt freigeben. Dabei überlappen sich die Seiten benachbarter Elemente auch dann, wenn eines der Elemente durch in die Kammer eintretendes Material aus seiner Lage verdrängt ist,

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In dieser zeigt:

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Fig. 1 eine Seitenansicht einer in einen im Schnitt dargestellten kontinuierlichen Härteofen eingebauten erfindungsgeniäßen Verschlußanordnung·,

Fig. 2 eine Vorderansicht der Anordnung von Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Verschlußelements; und

Fig. 4 eine Ansicht in Richtung der Pfeile IV-IV in Fig. 3-

In Fig. 1 und 2 ist das Eintrittsteil 2 eines Ofens, "beispielsweise eines kontinuierlichen Härteofenc für Stabmaterial gezeigt, mit einer Vorkammer 4, die vom eigentlichen Ofen 6 durch einen Hitzeschild 8 getrennt ist. Die Vorkammer 4 des Härteofens hat einen gasdichten Mantel 10 in einem Gerüst 12. Im Oberteil der Vorkammer sind Prallbleche 14 hängend angeordnet. Sie "bestehen gewöhnlich aus legiertem Blech und sind gasdicht mit dem Oberteil des Mantels 10 verschweißt. An diesen Prallblechen 14 erstrecken sich Tragstäbe 15 quer über die Vorkammer 4. Daran sind vorhangartige Verschlüsse 16 angebracht, welche sich aus im folgenden beschriebenen, einzelnen Verschlußelementen 18 gemäß der Erfindung zusammensetzen. Wenngleich hier je drei Prallbleche 14, Tragstäbe 15 und Verschlüsse 16 dargestellt sind, so if=t doren Anzahl je nach der jeweiligen Ofen-Vorkammer veränderlich und abhängig von den verschiedenen Betriebsbedingungen wie Temperaturen, Gasen und deren Drücken.

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Ferner weist die Vorkammer 4- in bekannter Weise im Ofengerüst gelagerte Rollen 20 als Auflage "bzw. für den Transport eines Werkstückes V/ auf, "beispielsweise eines zu härtenden Stahlstabes.

Ein in Mg. 3 und 4- dargestelltes Verschlußelement 18 hat zwei parallele und ebene Seiten 22, zwischen denen sich eine Abschlußwandung 24- erstreckt, welche die Seiten 22 zusammenhält. Bei'der hier offenbarten bevor-

^ zugten Ausführungsform bildet die Abschlußwandung 24-eine dritte Seite, die bei in der Vorkammer 4- aufgehängtem Verschlußelement 18 dem eintretenden Werkstück W zugekehrt ist. Das Verschlußelement 18 ist mit Einrichtungen 26 zum Befestigen an einem der Stäbe 15 versehen. In der beschriebenen bevorzugten Ausführung ist die Befestigungseinrichtung 26 eine Buchse 28, welche an den beiden Seiten 22 und der Abschlußwandung 24- befestigt ist und einen gasdichten Abschluß damit bildet. Die Buchse 28 ermöglicht beim Eintritt eines Werkstückes W in die Vorkammer 4- das Verschwenken des Verschlußelements 18, wie in Fig. 1 unter dem Bezugszeichen 30 dargestellt.

^ ■ Die Seiten 22 des Verschlußelements 18 sind dreieckig und derart angeordnet, daß ihre Querabmessung von der Befestigungseinrichtung 26 zum Ende 32 hin fortlaufend zunimmt. Die das Ende des Dreiecks bildende Seite 32 ist länger als der Weg des Elements 18 bei seiner Verdrängung durch ein eintretendes Werkstück V/, so daß dauerndes Überlappen der Seiten 22 einander benachbarter Elemente 18 gewährleistet ist, wie unter dem Bezugsseichen 34- in Fig. 1 ersichtlich. In der bevorzugten Ausführungcform ist das Ende 32 des Elements in Richtung des von ilr-w ablaufenden Werkstücks geschweift ausgebildet.

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BAD ORK3INAL

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Die erfindungsgemäßen Verschlußelemente 18 sind in Reihen an den mit den Prallblechen 14 verbundenen Tragstaben 15 aufgehängt und bilden so eine Folge von prallblechartigen Verschlußanordnungen. Beim Eintritt eines auf den Rollen 20 in die Vorkammer geführten Werkstückes werden einzelne Elemente aus ihrer Lage verdrängt und schwenken aufwärts in eine Stelle 30. Die Verschlußelemente 18 sind so aufgehängt, daß sie in geschlossenem Zustand gegenüber einer zur Bewegungsrichtung des Werkstückes W senkrechten Ebene einen Winkel A bilden (Fig. 1). Dieser Winkel gewährleistet einen dichten Abschluß des Elements 18 durch eine auf einer Bodenplatte 38 aufliegende K-.nte 25 der Abschlußwandung 24. Die abgewinkelte Aufhängung der Elemente 18 verhindert außerdem deren Festkeilen auf der Bodenplatte 38, was dann eintreten könnte, wenn die Elemente nach dem Durchgang eines Werkstückes W in eine annähernd senkrechte Lage schwenkten. Weiterhin verringert die Sehragaufhängung der Elemente 18 den Raumbedarf darüber beim vollen Verschwenken derselben durch ein hindurchgeführtes Werkstück W. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die Seiten 22 breit genug, daß sie sich bei benachbarten geöffneten und geschlossenen Elementen 18 noch ausreichend überlappen.

Wie bereits erwähnt, weist die Ablaufseite 32 der Elemente 18 in einer vorteilhaften Ausführung eine in Richtung des ablaufenden Werkstückes W geschweifte Form auf. Aufgrund dieser Ausbildung gleitet die Ablaufseite 32 beim Durchgang des Werkstückes W an dessen Ende abwärts, fällt also nicht mit heftigem Aufschlag der Kante 25 auf der Bodenplatte 38 in die geschlossene Stellung zurück. Das gegenseitige Überlappen der Seiten be-

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nach.ba.rter Elemente erbringt einen v/eiteren Vorteil dadurch, daß bei starker Überlappung ⁷j^LV der Widerstand gegen eine Durchströmung durch die Atmosphärengase auο dem Ofen und der Vorkammer ε;ehr hoch und der Gasaustritt aus diesen Räumen daher begrenzt gehalten ist. In der bevorzugten Ausführung beträgt das Uberlappungsmaß bei einem seitlichen Abstand von 1,6 mm und einer Länge der Seiten 22 von 470 mm etv,^ra 353 mm. Bei der beschriebenen Ausführung bieten diese Größenverhältnisse den weiteren Vorteil, daß die Gasströmung im Bereich der Überlappung entsprechend der Reynolds'sehen Gleichung turbulent anstatt laminar verläuft. Durch das Ει-zeugen von Turbulent im Gasstrom entsteht im Bereich der Verschlußfläche ein zusätzlicher Strömungswiderstand, der die Wirksamkeit der Abdichtung sov/ie die Stabilität des Atmosphärenprofils im Ofen weiter verbessert.

In einer zweckmäßigen Anlage sind aus Elementen 18 zusarcmengesetzte Vorhangverschlüsse 16 einreihig oder mehrreihig sowohl an der Zugangsseite als auch an der Abgangsseite der Vorkammer 4 und des Ofens 6 angeordnet. Die Breite der einzelnen Elemente 18 ist durch die sich zwischen den Seiten 22 erstreckende Abschlußwandung 2Λ bestimmt und im günstigen Fall etwas größer als die eines in den Ofen eintretenden Werkstückes W. Bei der abgebildeten Anlage sind die Elemente 50 mm breit, so daß sie Stäben von etwas geringerer Breite den Durchtritt freigeben. Ein zu tragendes Material kann auch zu einer der Breite eines Elements oder einem Vielfachen davon entsprechenden Abmessung gebündelt sein. Im praktischen Betrieb erwiesen sich die Verschlüsse als wirksam auch "bei gebündeltem Material, welches beim Eintrag mehrere Elemente aus ihrer Lage verdrängte.

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Die dargestellte Ausführung der Erfindung weist an den Tragstaben 15, die dann als Welle ausgebildet sind, "befestigte und durch Drehung der Welle 15 mittels der liurbc-1 ¹V? "betät-igbare Hubplatte!! 40 auf, die in der geschlossenen Stellung der Elemente 18 an diesen in Anlage sind. Durch Verdrehen der Welle 15· mittels der Kurbel 4-2 lassen sich die Elemente 18 gemeinsam anheben, der Vor-Schlußvorhang 16 also ganz, öffnen, so daß für solche !Fälle, vro ein geringerer Strömungswiderstand erwünscht oder der Zugang sur Vorkammer 4- notwendig ist, die gesamte Öffnung frei ist. In der hier "beschriebenen Ausführungsform ist die Welle 15 hohl und wassergekühlt, um die !Festigkeit der Welle 15 angesichts der hohen Temperaturen in der Vorkammer 4- zu erhalten.

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Claims

Patentansprüche

1. Verschluß für eine Öffnung einer eine Atmosphäre eingeschlossen haltenden Kammer, dadurch gekennzeichnet , daß er eine Anzahl Elemente (18) aufweist, jeweils mit zwei parallel zueinander angeordneten, ebenen Seiten (22), einer sich zwischen den ebenen Seiten erstreckenden und daran befestigten Abschlußwandung (24), deren Ausdehnung in Richtung der Befestigungslinie wenigstens die Größe der Ausdehnung der öffnung in einer Richtung hat, und mit Lageveränderungen des Elements in Richtung der beiden ebenen Seiten zulassenden Befestigungseinrichtungen (26, 28), daß die beiden Seiten in Richtung der Lageveränderung eine wenigstens deren Größe entsprechende- Ausdehnung haben und daß die einzelnen Elemente mit nebeneinander angeordneten Seiten benachbarter Elemente derart nebeneinander angebracht sind, daß bei Lageveränderung eines Elements die einander benachbarten ebenen Seiten benachbarter Elemente durchgehend überlappend gehalten sind.

2. Verschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeglicher Austritt von Atmosphäre aus der Kammer (4-) zwischen benachbarten Elementen (18) hindurch eine turbulente Strömung hat.

3· Verschluß nach. Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kammer (4-, 6) ein Härteofen ist und daß die eine Lageveränderung der Elemente (18) in Richtung der ebenen Seiten zulassende

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Anbringung schwenkbare Lagereinrichtungen (26, 28) aufweist, so daß die Lageveränderung als Schwenkbewegung in Richtung der ebenen Seiten (22) um die Lagereinrichtungen verläuft.

4. Verschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß die ebenen Seiten (22) im wesentlichen dreieckige Form aufweisen und daß die schwenkbare Lagereinrichtung (26, 28) an einer Ecke des Dreiecks angeordnet ist.

5· Verschluß nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Abschlußwandung (24) unter gasdichtem Abschluß mit der Lagereinrichtung (26, 28) verbunden ist und sich unter gasdichtem Abschluß entlang einer entsprechenden Seite der dreieckigen Seiten (22) erstreckt.

6. Verschluß nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5? dadurch gekennzeichnet , daß die ■ einzelnen Elemente durch ein den Ofen (6) durchlaufendes Werkstück (V/) aus ihrer Lage verdrängbar sind.

7· Verschluß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Breite eines einzelnen Elements (18) größer ist als die eines den Ofen (6) durchlaufenden Werkstückes (W), so daß ein auf ein Element ausgerichtetes Werkstück in einer aus den Elementen gebildeten Reihe (16) jeweils nur ein Element aus seiner Lage verdrängt hält.

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8. Verschluß nach v/anisstens einen der Ansprüche
1 bis 7? dadurch gekennzeichnet , daß
Einrichtungen (40, 4-2) vorhat Λ en sind, bei deren Betätigung alle Elemente (18) gemeinsam aus ihrer Lage verdrängbar sind.

9- Verschluß nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Elemente (18) in mehreren Reihen (16) angeordnet sind.

10. Verschluß nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand zwischen der ersten und der letzten Eeihe (16) von Elementen (18) größer ist als die Länge eines den Ofen (6) durchlaufenden Werkstükkes (W).

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