DE2501360A1

DE2501360A1 - Verfahren und vorrichtung zur gasumwaelzung in einem waermebehandlungsofen

Info

Publication number: DE2501360A1
Application number: DE19752501360
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Limque; C H Luiten
Original assignee: Ipsen International GmbH
Current assignee: Ipsen International GmbH
Priority date: 1975-01-15
Filing date: 1975-01-15
Publication date: 1976-07-22
Also published as: FR2298073A1; DE2501360B2; GB1473806A; US4086050A

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. ALEX STENGER

D-4000 DÜSSELDORF 1 DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE

Malkastenstraße2 DIPL.-ING. HEINZ J. RING

Unser Zeidien: -^ ^73 Datum: ^. Januar 1975

Ipsen Industries International Gesellschaft mit beschränkter Haftung, 4190 Kleve, Johanna-Sebus-Straße 52

Verfahren und Vorrichtung zur Gasumwälzung in einem

Wärmebehandlungsofen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gasumwälzung in einem mit niedrigem Druck, insbesondere im Vakuum betriebenen Ofen zur Wärmebehandlung von Werkstücken und einen Vakuumofen zur Durchführung dieses Verfahrens, der mit einer Heizkammer versehen ist, in welcher zur Gasumwälzung ein Ventilator angeordnet ist.

Es sind Öfen zur Wärmebehandlung von Werkstücken in einer Gasatmosphäre oder unter Vakuum bekannt, bei denen in der Heizkammer ein Ventilator angeordnet ist, der in Verbindung mit um die Charge angeordneten Leitblechen zu einer Zwangsumwälzung der Ofenatmosphäre im Inneren der Heizkammer sorgt. Die Zwangsumwälzung oder stabile Gasumwälzung der Ofenatmosphäre in einem beheizten Ofenraum soll zu einer gleichmäßigen Beaufschlagung einer Charge führen. Zu diesem Zweck wird bei einem bekannten Atmosphären-Vakuumofen der Gasstrom durch die Charge durch Zwangsumwälzung mit Hilfe der Führungsplatten und Leitbteche gerichtet und intensiviert. Dabei ist es gleichfalls möglich,die Wärmeübertragung in der Charge durch Konvektion zu unterstützen.

Nachteilig ist bei diesem Verfahren der Zwangsumwälzung einer Gasatmonsphäre eines Ofens sowie dem mit Ventilator und Leitblechen ausgerüsteten Ofen selbst, daß eine gleichmäßige Beaufschlagung einer Charge nicht erzielbar ist, wenn der Ofen mit

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Telefon (0211) 360514 ' Telegrammadwue: Dabipatent ■ PoiUdie&konto KSIn 227610

niedrigem Druck, insbesondere im Vakuum, gefahren wird. Beispielsweise werden Ungleichmäßigkeiten in den Aufkohlungsergebnissen beim Vakuum-Aufkohlen von Stahlteilen., festgestellt, die in einem Vakuumofen einer aufkohlenden Atmosphäre in der Wärme ausgesetzt werden. Vor allem wurde festgestellt, daß bei einer stabilen Gasumwälzung örtliche "Schattenbildungen" auftreten, die z.B. beim Aufkohlen dazu führen, daß die Werkstücke stellenweise nicht den gewünschten Kohlenstoffgehalt an der Oberfläche aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gleichmäßige Beaufschlagung einer Charge von wärmezubehandelnden Werkstücken insbesondere bei Wärmebehandlungsöfen, die im Hochvakuumbereich gefahren werden, sicherzustellen und ortliehe"Schattanbildungen" zu verhindern.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Verfahren zur Gasumwälzung in einem mit niedrigem Druck, insbesondere im Vakuum, betriebenen Ofen zur Wärmebehandlung von Werkstücken, vorgeschlagen wird, bei dem das in den Chargenraum eingeleitete Gas unter Vermeidung einer stabilen Gasumwälzung verwirbelt wird und die Strömungsart und Intensität der Gasumwälzung während einer Chargenfeehandlung verändert werden. Durch die erwünschte Verwirbelung des in den Chargenraum eingeleiteten Gases und die Veränderung von Strömungsart und Intensität der Gasumwälzung währerö der Wärmebehandlung der Charge wird eine stabile Gasumwälzung der nach dem Stand der Technik brannten Art vermieden und hierdurch eine permanente örtliche "Schattenbildung" verhindert. Durch die Gasverwirbelung werden im Laufe der Behandlungszeit einer Charge alle Oberflächenbereiche der Werkstücke durch das Gas beaufschlagt, νιο mit eine Gleichmäßigkeit der Behandlung, z.B. des Aufkohlens, herbeigeführt wird, die mit einer stabilen Gasumwälzung nicht erzielbar ist. Es wird angenommen, daß die bei der stabilen Gasumwälzung auftretenden Schwierigkeiten auf die geringere Dichte des Gases und die höhere kinematische Zähigkeit beim Arbeiten mit niedrigem VakuumdrÄcls zurückzuführen sind. Durch den Vorschlag der Erfindung werden

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die hierdurch geringeren Wirbeleffekte, die zu einer ausgeprägten Schattenwirkung führen, ausgeglichen, was sich z.B. beim Aufkohlen von Werkstücken bei niedrigem Druck durch eine ausgezeichnet gleichmäßige Aufkohlung auswirkt. Der Ofen der Bfindung arbeitet vorzugsweise im Druckbereich von 20 - 500 Torr.

Es ist zweckmäßig, die Beheizung durch direkte Wärmeübertragung durch Strahlung im Vakuum durchzuführen.

Der zur Lösung der zugrundeliegenden Aufgabe vorgeschlagene Vakuumofen für die Wärmebehandlung von Werkstücken weist eine Heizkammer auf, in der zur Gasumwälzung ein Ventilator angeordnet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Ventilator zur Gasverwirbelung ein zweiter Ventilator zugeordnet ist und daß die Drehgeschwindigkeit und/oder Drehrichtung beider Ventilatoren, vorzugsweise unabhängig voneinander, veränderbar sind. Durch die Änderung der Geschwindigkeit und gegebenenfalls der Drehrichtung werden in einfacher Weise beeinflußbar die erwünschten Turbulenzen erzeugt. Zusätzliche Wirbeleffekte sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch erzielbar, daß die Ventilatoren mit je zwei kreuzweise zueinander angeordneten Flügeln versehen und eiraider derart zugeordnet sind, daß zwischen ihren Drehkreisen nur ein geringer Abstand vorhanden ist.

Zweckmäßigerweise sind die Ventilatoren unter der Heizkammerdecke angeordnet. Es können auch mehr als zwei Ventilatoren vorgesehen sein. Die Heizkammer wird mit Vorteil durch Strahlungsheizkörper beheizt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der als Ausführungsbeispiel ein erfindungsgemäßer Vakuumofen dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:

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Fig. 1 einen Vakuumofen in schematischer Seitenschnittansicht und

Fig. 2 den Vakuumoferi im Querschnitt.

Auf einem Traggestell 10 mit zwei Stützen 11 ist ein vakuumäichter Behälter 12 angeordnet. Der Behälter 12 weist eine zylindrische Form auf und ist an seiner einen Seite mit einem Anschlußstutzen 15 für den Anschluß an ein Vakuumpumpensystem über eine Vakuurrleitung 14 versehen. Die beiden Sirnseiten des Behälters 12 sind verschlossen, wobei in der in der Fig. 1 der Zeichnung linken Stirnseite eine Beschickungsöffnung 29 ausgebildet ist.

Im Inneren des Behälters 12 ist eine Heizkammer I5 ausgebildet, die auch den Chargenraum des Ofens bildet, in dem die Wärmebehandlung von Werkstücken vorgenommen wird. Die Heizkammer 15 besteht aus drei Seitenwänden 16, einem Boden 19 und einer Decke 18 aus temperaturbeständigem, wärmeisolierendem Material. Die vierte Seitenwand wird durch eine heb- und senkbare Tür 30 gebildet. Hierzu ist die Tür JO in eine Behältererweiterung J2 durch eine Hubvorrichtung I7 zwecks Öffnung der Heizkammer I5 betätigbar. Bei geöffneter Tür JO ist eine Beschickung der Heizkammer 15 mit einer Charge 20 möglich. Zur Halterung der Charge 20 in der Heizkammer I5 ist eine Einrichtung 21 vorgesehen, die einen Zutritt von Gasen auch zur Unterseite der Charge ermöglicht

Die Heizkammer I5 wird durch Heizelemente 22,25 beheizt, wobei eine direkte Wärmeübertragung durch Strahlung von den eingebauten Heizkörpern auf die Werkstücke in der Charge 20 erfolgt.Unter der Decke 18 der Heizkammer I5 befinden sich nebeneinander zwei Wirbelblätter 24,25, die durch je einen elektrischen Antrieb 26 und Getriebemittel angetrieben werden. Die Wirbelblätter 24,25 weisen je einen Kreuzflügel 27,28 mit vier Flügelblättern auf.

Ist die Charge 20 mit der dargestellten Chargiervorrichtung in die Heizkammer I5 eingebracht, wird die Ileizkammer I5 evakuiert

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und wird durch die eingebauten Heiselemente 22,2j5 die Aufheizung auf die erwünschte Temperatur im Vakuum vorgenommen. Nach Erreichen der Arbeit st ernperatur wird die benötigte Gasatmosphäre der Heizicarnmer I5 mit einem geregelten Druck über einen Gasanschluß 51 zugeführt und während der Behandlung der Charge mittels der Wirbelblätter 24,2^ ohne Lenkbleche umgewälzt. Drehgeschwindigkeit und Drehrichtung der VJirbeIblätter 24 und 25 können voneinander unabhängig variiert werden, wobei durch geeignete Steuerung der Anlage die Intensität und Strömungsart der Atmosphärenumwälzung durch die Charge z.B. während eines Aufkohlungszyklusses derart variiert werden kann, daß eine gleichmäßige Chargenbeaufschlagung und dadurch z.B. eine gleichmäßige Aufkohlung erreicht wird. Die Drehkreise der Flügel 27 und 28 der Wirbelblätter 24 25 sind so nahe aneinander, daß die von jedem Blatt erzeugten Wirbelungen zusammenstoßen und zusätzliche Wirbeleffekte verursachen.

In der Zeichnung ist auch die zweite Kammer des Ofens (Fig. 1) dargestellt. Eine Beschreibung der 2. Kammer ist nicht vorgenommen worden.

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Claims

Ansprüche :

1. Verfahren zur Gasumwälzung in einem mit niedrigem Druck, insbesondere im Vakuum, betriebenen Ofen zur Wärmebehandlung von Werkstücken,

dadurch gekennzeichnet, daß das in den Chargenraum eingeleitete Gas unter Vermeidung einer stabilen Gasumwälzung verwirbelt wird und die Strömungsart land Intensität der Gasumwälzung während einer Chargenbehandlung verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beheizung durch direkte Wärmeübertragung durch Srahlung im Vakuum durchgeführt wird.

J5. Vakuumofen für eine Wärmebehandlung von Werkstücken mit einer Heizkammer, in der zur Gasumwälzung ein Ventilator angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,, daß dem Ventilator (24) zur Gasverwirbelung ein zweiter Ventilator (25) zugeordnet ist und daß die Drehgeschwindigkeit und/oder Drehrichtung beider Ventilatoren (24,25), vorzugsweise unabhängig voneinander, veränderbar sind.

4. Vakuumofen nach Anspruch J5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilatoren (24,25) mit Je zwei kreuzweise zueinander angeordneten Flügeln (27,28) versehen sind und derart angeordnet sind, daß zwischen ihren Drehkreisen nur ein geringer /fcstand vorhanden ist.

5. Vakuumofen nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilatoren (24,25) unter der Heizkammer-Deoke (18) angeordnet sind.

6. Vakuumofen nach einem der Ansprüche 3 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Ventilatoren (24,25) vorgesehen sind.

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7. Vakuumofen nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkammer (I5) mit Strahlungsheizkörpern (22,23) versehen ist.

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