DE2501360B2

DE2501360B2 - Vakuum-Atmosphärenofen zur Wärmebehandlung von Werkstücken

Info

Publication number: DE2501360B2
Application number: DE2501360A
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: 1978-12-07
Also published as: FR2298073A1; GB1473806A; DE2501360A1; US4086050A

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuum-Atmosphärenofen zur Wärmebehandlung von Werkstücken mit einer Heizkammer, in der zur Umwälzung der Atmosphäre ein Ventilator angeordnet ist.

Es sind öfen zur Wärmebehandlung von Werkstükken 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 für eine Zwangsumwälzung der Ofenatmosphäre im Inneren der Heizkammer sorgt (DE-OS 19 19 493). Die Zwangsumwälzung oder stabile Gasumwälzung der Ofenatmosphäre in einem beheizten Ofenraum soll zu einer gleichmäßigen Beaufschlagung einer Charge führen. Zu diesem Zweck wird bei dem bekannten Atmosphären-Vakuumofen der Gasstrom durch die Charge durch Zwangsumwälzung mit Hilfe von Führungsplatten und Leitblechen gerichtet und intensiviert. Dabei ist es gleichfalls möglich, die Wärmeübertragung in der Charge durch Konvektion zu unterstützen.

In der GB-PS 5 21 661 ist ebenfalls ein Wärmebehandlungsofen offenbart, bei dem die Atmosphäre in der Heizkammer mittels eines Ventilators umgewälzt wird. Ein gleichförmiger Gasstrom ist dabei angestrebt. Zu diesem Zweck werden Leiteinrichtungen verwendet.

Schließlich ist aus der DE-AS 11 81 432 ein Umluftofen zum Warmaushärten von Teilen aus Leichtmetalllegierungen bekannt. Hierbei werden mehrere Ventilatoren eingesetzt, um eine Zwangsumwälzung der Luft in Längsrichtung des Ofens und in Querrichtung des Ofens zu bewirken. Dabei saugt z. B. ein Ventilator die Luft aus dem Herdraum ab, um sie über Kanäle zum anderen Ende zurückzubefördern, an dem ein Ventilator die Luft ansaugt. Auch bei diesem gattungsmäßig im Vergleich zum eingangs genannten Ofen verschiedenen Ofen wird eine stabile Gasumwälzung in bestimmtem Umlauf sinn angestrebt.

Nachteilig ist bei dem bekannten Ofen der eingangs genannten Art, daß eine gleichmäßige Beaufschlagung einer Charge nicht erzielbar ist, wenn der Ofen mit niedrigem Druck, insbesondere im Vakuum, gefahren wird. Beispielsweise werden Ungleichmäßigkeiten in den Aufkohlungsergebnissen beim Vakuum-Aufkohlen von Stahlteilen festgestellt, die in einem Vakuumofen einer auskohlenden Atmosphäre in der Wärcne ausgesetzt werden. Vor allem wurde festgestellt, daß bei einer stabilen Gasumwälzung örtliche »Schattenbildungen« auftreten, die 2. 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 örtliche Schattenbildungen« zu verhindern.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Ventilator zur Verwirbelung der Atmosphäre unter Vermeidung ihrer Zwangsumwälzung ein zweiter Ventilator zugeordnet ist und daß die Drehgeschwindigkeit und/oder Drehrichtung beider Ventilatoren veränderbar sind. Hierdurch ist ein Ofen vorgeschlagen, bei dem das in den Chargenraum eingeleitete Gas unter Vermeidung einer stabilen Gasumwälzung verwirbelt wird, wobei die Strömungsart und Intensität der Gasumwälzung während einer Chargenbehandlung verändert ".verden.

Durch die erwünschte Verwirbelung des in den Chargenraum eingeleiteten Gases und die Veränderung von Strömungsart und Intensität der Gasumwälzung während der Wärmebehandlung der Charge wird eine stabile Gasumwälzung der nach dem Stand der Technik bekannten 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, womit 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 geringe Dichte des Gases und die höhere kinematische Zähigkeit beim Arbeiten mit niedrigem Vakuumdruck zurückzuführen sind. Durch den Vorschlag der Erfindung werden die hierdurch geringeren Wirbeleffekte, die zu einer ausgeprägten Schattenwirkung führen, ausgeglichen, was sich z. B. beim Aufkohlen von

so Werkstücken bei niedrigem Druck durch eine ausgezeichnet gleichmäßige Aufkohlung auswirkt. Der Ofen der Erfindung arbeitet vorzugsweise im Druckbereich von 20 bis 500 Torr.
Zur Erzielung einer besseren Verwirbelung ist es

5^r> vorteilhaft, wenn gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung die Drehgeschwindigkeit und/ oder Drehrichtung der Ventilatoren unabhängig voneinander regelbar sind. Durch die Änderung der Geschwindigkeit und gegebenenfalls der Drehrichtung

tiii 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

H) und einander derart zugeordnet sind, daß zwischen ihren Drehkreisen nur ein geringer Abstand vorhanden ist.
Bei größeren öfen kann es vorteilhaft sein, mehr als

zwei Ventilatoren vorzusehen.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren beispielhaft erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. I einen Vakuumofen in schematicher Seitenschnittansicht und

F i g. 2 den Vakuumofen im Querschnitt.

Auf einem Traggestell 10 mit zwei Stützen 11 ist ein vakuumdichter Behälter 12 angeordnet. Der Behälter 12 weist eine zylindrische Form auf und ist an seiner einen Seite mit einem Anschlußstutzen 13 für der. Anschluß an ein Vakuumpumpensystem über eine Vakuumleitung 14 versehen. Die beiden Stirnseiten des Behälters 52 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 15 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 wild durch eine heb- und senkbare Tür 30 gebildet. Hierzu ist die Tür 30 in eine Behältererweiterung 32 durch eine Hubvorrichtung 17 zwecks öffnung der Heizkammer 15 betätigbar. Bei geöffneter Tür 30 ist eine Beschickung der Heizkammer 15 mit einer Charge 20 möglich. Zur Halterung der Charge 20 in der Heizkammer 15 ist eine Einrichtung 21 vorgesehen, die einen Zutritt von Gasen auch zur Unterseite der Charge ermöglicht.

Die Heizkammer 15 wird durch Heizelemente 22, 23 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 15 befinden sich nebeneinander zwei Wirbelblätter 24, 25, die durch je einen eiektrischen 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 15 eingebracht, wird die

lü Heizkammer 15 evakuiert und wird durch die eingebauten Heizelemente 22,23 die Aufheizung auf die erwünschte Temperatur im Vakuum vorgenommen. Nach Erreichen der Arbeitstemperatur wird die benötigte Gasatmosphäre der Heizkammer 15 mit einem geregelten Druck über einen Gasanschluß 31 zugeführt urd während der Behandlung der Charge mittels der Wirbelblätter 24, 25 ohne Lenkbleche umgewälzt. Drehgeschwindigkeit und Drehrichtung der Wirbelblätter 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 Aufkohlungszyklus derart variiert werden kann, daß eine gleichmäßige Chargenbeaufschlagung

>5 und dadurch z. B. eine gleichmäßige Aufkohlung erreicht wild. Die Drehkreise der Flügel 27 und 28 der Wirbelbiätter 24, 25 sind so nahe aneinander, daß die von jedem Blatt erzeugten Wirbelungen zusammenstoßen und zusätzliche Wirbeleffekte verursachen.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vakuum-Atmosphärenofen zur Wärmebehandlung von Werkstücken mit einer Heizkammer, in der zur Umwälzung der Atmosphäre ein Ventilator angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ventilator (24) zur Verwirbelung der Atmosphäre unter Vermeidung ihrer Zwangsumwälzung ein zweiter Ventilator (25) zugeordnet ist und daß die Drehgeschwindigkeit und/oder Drehrichtung beider Ventilatoren (24, 25) veränderbar sind.

2. Vakuum-Atmosphärenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit und/oder Drehrichtung der Ventilatoren (24,25) unabhängig voneinander regelbar sind.

3. Vakuum-Atmosphärenofcn nach Anspruch 1 und 2, 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 Abstand vorhanden ist.

4. Vakuum-Atmosphärenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Ventilatoren (24,25) vorgesehen sind.