DE2601658B2

DE2601658B2 - Kühlvorrichtung für einen an der Ein- und Auslaßseite offenen Durchlaufofen zum Wärmebehandeln von Werkstücken

Info

Publication number: DE2601658B2
Application number: DE19762601658
Authority: DE
Inventors: Emil 7054 Korb Heinrich
Original assignee: Fa Jf Mahler 7300 Esslingen
Current assignee: Mahler Dienstleistungs GmbH Loeten Haerten Anlagenbau
Priority date: 1976-01-17
Filing date: 1976-01-17
Publication date: 1978-04-06
Also published as: DE2601658C3; DE2601658A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für einen an der Ein- und Auslaßseite offenen Durchlaufofen zum Wärmebehandeln von Werkstücken unter einem mit Außenluft verbrennbaren Schutzgas, bei dem das Schutzgas an der Werkstück-Einlaßöffnung des Ofens und der Werkstück-Auslaßöffnungder Kühlvorrichtung Flammenschleier bildet und eine Einrichtung zum Umwälzen und Kühlen des Schutzgases in der Kühlvorrichtung vorgesehen ist.

Kühlvorrichtungen dieser Art mit Schutzgasumwälzung haben bisher in die Praxis noch kaum Eingang gefunden, weil die Schutzgasströmung durch die Kühlzone von den Werkstücken in erheblichem Maße beeinflußt wird, so daß je nach dem Querschnitt der Kühlzone, welcher von den Werkstücken abgedeckt wird, Luft von außen in die Kühlzone (und gegebenenfalls in den vorgeschalteten Ofen) eindringen kann, wodurch die wärmebehandelten Werkstücke oxydiert werden können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer gattungsgemä-I3en Kühlvorrichtung das Eindringen schädlicher Außenluft in die Vorrichtung in Abhängigkeit von der Beschickung mit Werkstücken verschiedener Größe zu verhindern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Richtung des die Kühlvorrichtung durchströmenden, umgewälzten Schutzgases durch an den Eintrittstellen dieses Gases in die Kühlzone angeordnete Leitbleche in Abhängigkeit von der Temperatur des beim Austritt aus der Kühlvorrichtung unter Zufuhr von ^b0 Außenluft verbrannten Schutzgases regelbar ist.

Es ist bereits ein Durchlaufofen zum Wärmebehandeln von Werkstücken unter Schutzgas mit einer Kühlzone, in der das Schutzgas umgewälzt und gekühlt wird, bekannt (DT-PS 8 86 013). Dieser Durchlaufofen "^r> unterscheidet sich aber bereits der Gattung nach von der Erfindung, weil er im Betrieb an seinen Ein- und Auslaßseiten nicht offen, sondern durch Türen verschlossen ist, so daß sich bei ihm auch keine Flammenschleier an der Werkstück-Einlaßöffnung des Ofens und der Werkstück-Auslaßöffnung der Kühlzone bilden können. Bei diesem vorbekannten Durchlaufofen wird zur Erzielung einer örtlichen Temperaturbeeinflussung ein zusätzliches gasförmiges Mittel in eine Vorwärm- und/oder Kühlzone eingeleitet. Die vergenannte, der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe stellt sich bei dem vorbekannten Durchlaufofen ebenso wenig wie dort Mittel zur Lösung dieser Aufgabe angegeben sind.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung, in welcher ein Durchlaufofen mit Kühlvorrichtung schematisch dargestellt ist, der weiteren Erläuterung.

Ein in der Zeichnung lediglich mit seinem Auslaufende dargestellter, an sich bekannter Durchlaufofen 1 zum Wärmebehandeln von (metallischen) Werkstücken unter Schutzgasatmosphäre ist mit einer Fördereinrichtung 2 versehen, welche die zu behandelnden Werkstükke 3 durch den Ofen hindurch transportiert. Bei der Fördereinrichtung kann es sich z. B. um ein hitzebeständiges Förderband oder um einen Rollenförderer handeln. An den Ofen 1 schließt sich eine Kühlvorrichtung 4 an, die ebenfalls von der Fördereinrichtung 2 durchlaufen ist, so daß die den Ofen 1 verlassenden Werkstücke 3 unmittelbar in die Kühlvorrichtung gelangen. Die Kühlvorrichtung 4 kann in bekannter und deshalb nicht dargestellter Weise mit einem Kühlmedium, z. B. Wasser, gekühlt sein. Zwischen Ofen 1 und Kühlvorrichtung 4 ist eine Einlaßöffnung 5 für ein Schutzgas, beispielsweise Wasserstoff, vorgesehen. Das eingeführte Schutzgas teilt sich in Richtung der Pfeile 6, 7 in zwei entgegengesetzt gerichtete Teilströme auf, von denen der eine den Ofen 1 und der andere die Kühlvorrichtung 4 durchfließt. Die zugeführte Schutzgasmenge richtet sich nach der Größe des Ofens und der Kühlvorrichtung sowie nach der Größe der (nicht dargestellten) Werkstück-Einlaßöffnung am Ofen und der Werkstück-Auslaßöffnung 8 an der Kühlvorrichtung 4. Es wird nur so viel Schutzgas eingeführt, um ein Eindringen von Luft an den Ein- und Auslaßöffnungen zu verhindern. In vielen Anwendungsfällen wird ein in Luft brennbares Schutzgas verwendet, wobei sich an den Ein- und Auslauföffnungen jeweils Flammenschleier bilden, die ein Eindringen von Luft verhüten. In der z. B. wassergekühlten Kühlzone der Kühlvorrichtung 4 können die Werkstücke 3 beispielsweise bis auf etwa 200⁰C unter Schutzgasatmosphäre abgekühlt werden.

Der Kühlvorrichtung 4 ist eine Einrichtung zum Umwälzen und Kühlen des in die Kühlzone eingeleiteten Schutzgases zugeordnet. Diese Einrichtung umfaßt ein Gehäuse 9, durch welches das in der Kühlzone befindliche Schutzgas durch eine oder mehrere Öffnungen Il in Richtung des Pfeiles 12 aus der Kühlvorrichtung abgesaugt wird. Das Schutzgas durchfließt hierauf einen üblichen Kühler 13 und einen Abscheider 14 und wird anschließend in Richtung der Pfeile 15, 16 über das Gebläse 9 in einen Raum 17 der Kühlvorrichtung gedrückt, der durch eine Zwischenwand 18 von der eigentlichen Kühlzone 19, durch welche die Werkstücke 3 hindurchgeführt werden, getrennt ist. Die Zwischenwand 18 weist eine oder mehrere öffnungen 21 auf, durch welche das Schutzgas wieder in die Kühlzone 19 eintritt.

Durch die Schutzgasumwälzung in der Kühlzone wird der konvektive Wärmeübergang zwischen den Werk-

stücken 3 und dem Schutzgas bedeutend erhöht, ohne daß man dabei einen Mehrverbrauch an Schutzgas in Kauf nehmen müßte. Das gasdichte Gebläse 9 saugt das warme Schutzgas über den Kühler 13 und den Abscheider 14 an und drückt das z. B. auf etwa 30°C abgekühlte Gas wieder in die Kühlzon'- J9. Kondensierbare Bestandteile im Schutzgas, z. B. Wasserdampf, werden im Abscheider abgeschieden und abgeleitet.

Die erforderliche Umwälzleistung richtet sich in erster Linie nach der für die abzukühlenden Werkstücke erforderlichen Wärmemenge. Die Umwälzleistung kann bis zum hundertfachen der normalerweise pro Zeiteinheit durch die öffnung 5 zugeführten Schutzgasmenge betragen. Bei einem typischen Durchlaufofen mit Kühlvorrichtung werden beispielsweise 6OmVh durch die öffnung 5 zugeführt, von denen die Hälfte in Richtung des Pfeiles 6 durch den Ofen und die andere Hälfte in Richtung des Pfeiles 7 durch die Kühlzone 19 strömt. Die Umwälzleistung des Gebläses 9 kann demgegenüber bis zu etwa 6000 mVh, beispielsweise 600 mVh, beiragen. Aufgrund des hierdurch erreichten, hohen konvektiven Wärmeüberganges kann die Länge der Kühlzone bis auf 20% derjenigen Länge verkürzt werden, die ohne Schutzgasumwälzung erforderlich wäre.

Während bei einer Kühlvorrichtung ohne Schutzgasumwälzung die Schutzgasströmung in der Kühlzone durch die Werkstücke kaum beeinflußt wird, treten bei der Schutzgasuniwälzung starke, auf die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases zurückzu- )< > führende Veränderungen ein, und zwar je nach dem, welcher Querschnitt der Kühlzone durch die Werkstükke abgedeckt ist. Ohne Umwälzung kann die Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgases beispielsweise 0,1 m/sec betragen. Bei Schutzgasumwälzung kann sich 3^r> diese Geschwindigkeit bis zum lOOfachen erhöhen. Die auf die unterschiedliche Werkstückgröße zurückzuführenden Veränderungen führen dazu, daß beim Betrieb des Durchlaufofens und der Kühlvorrichtung Schwankungen in der Schutzgasverteilung zu der Ein- und Auslaßöffnung des Ofens bzw. der Kühlzone hin auftreten, die so stark sein können, daß Luft in die Kühlzone gelangt und eine Oxydation der Werkstücke eintritt, so daß diese nicht mehr die erwünschte blanke Oberfläche zeigen.

Es wurde gefunden, daß dieses Eintreten schädlicher Luft in die Kühlzone (und/oder in den Ofen) in verhältnismäßig einfacher Weise dadurch verhindert werden kann, dali man die Richtung des die Kühlvorrichtung durchströmenden, umgewälzten Schutzgases in Abhängigkeit von den behandelten Werkstücken, d. h. insbesondere von deren Querschnittsfläche, entsprechend verändert. Hierzu werden bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung den öffnungen 21 in der Zwischenwand 18 der Kühlvorrichtung 4 jeweils schwenkbar gelagerte Leitbleche 22 zugeordnet, durch die bei entsprechender Winkeleinstellung die Richtung des eintretenden und anschließend die Kühlzone durchströmenden Schutzgases beeinflußt werden kann. Durch diese Einstellung läßt sich in jedem Fall w) erreichen, daß sich Strömungsverhältnisse in der Kühlzone 19 ausbilden, welche einem Eindringen von Außenluft entgegenwirken. Mit anderen Worten wird durch die Änderung der Richtung des die Kühlvorrichtung durchströmenden, umgewälzten Schutzgases bezüglich der Außenluft ein Strömungswiderstand in der Kühlzone erzeugt, der das Eintreten von Außenluft verhindert.

Wie dargestellt, können die einzelnen, schwenkbar gelagerten Leitbleche durch ein gemeinsames Gestänge 23 in bekannter Weise verbunden sein, so daß sich die Leitbleche jalousieartig gemeinsam in iiirer Winkellage einstellen lassen.

Die Einstellung der Leitbleche 22 kann grundsätzlich in Abhängigkeit von den zu behandelnden Werkstücken 3 in jedem Einzelfall von Hand vorgenommen werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch vorgesehen, diese Einstellung zu automatisieren, d. h. regelbar zu machen. Eine erfindungsgemäß vorgesehene Regeleinrichtung umfaßt als Meßwertgeber ein Thermoelement 24, einen Regler 25 sowie einen Stellmotor 26, der über ein Hebelgestänge 27 und das Gestänge 23 die Stellung der Leitbleche 22 verändert. Es wurde gefunden, daß es besonders günstig ist, das Thermoelement 24 in einem an die Kühlvorrichtung 4 anschließenden Abgaskanal 28 anzuordnen, welcher eine Lufteintrittsöffnung 29 aufweist. Die Luft strömt in Richtung des Pfeiles 31 und das Schutzgas in Richtung des Pfeiles 32 zum Abgaskanal 28. Das an der Auslaßöffnung 8 der Kühlzone austretende Schutzgas verbrennt mit der eintretenden Außenluft und die Abgasprodukte werden durch den Kanal 28 ins Freie abgeleitet. Durch die bei der Verbrennung entstehende Temperatur bildet sich in dem vorzugsweise senkrecht geführten Abgaskanal eine zusätzliche Kaminwirkung aus, durch die mehr Luft als für die Verbrennung des Schutzgases erforderlich ist, angesaugt und zusammen mit dem Abgas abgeleitet wird. Durch eine im Abgaskanal 28 eingebaute Drosselklappe 33 kann die zusätzliche Luftmenge eingestellt werden.

Die Temperatur des Gemisches aus Abgas und Luft richtet sich nach der Menge der zugeführten Luft, dem Heizwert des Schutzgases und der verbrannten Schutzgasmenge. Da jedoch die durch die öffnung 29 einströmende zusätzliche Luft und der Heizwert des Schutzgases als konstant angesehen werden können, ist die im Abgaskanal 28 gemessene Temperatur ein Maß für die austretende Schutzgasmenge. Über das diese Temperatur abfühlende Thermoelement 24, den Regler 25 und den Stellmotor 26 kann somit der Ein- und Durchströmwinkel des umgewälzten Schutzgases derart verstellt werden, daß auch bei unterschiedlicher Belegung oder Beschickung der Fördereinrichtung 2 mit Werkstücken unterschiedlichen Querschnittes immer die gleiche Schutzgasmenge an der Auslaßöffnung 8 (und damit auch am Ofeneinlaß) austritt und ein Eindringen schädlicher Luft in die Kühlvorrichtung 4 (und den Ofen 1) verhindert.

Die öffnung 11, aus welcher das Schutzgas aus der Kühlzone 19 durch das Gebläse 9 abgesaugt wird, ist auf der Zeichnung lediglich der besseren Übersichtlichkeit halber an der Einlaßseite der Kühlvorrichtung angeordnet. Vorzugsweise sind mehrere solcher öffnungen über die Längserstreckung der Kühlvorrichtung verteilt oder bevorzugt auch in der Nähe der Auslaßseite der Kühlvorrichtung 4 angeordnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kühlvorrichtung für einen an der Ein- und Auslaßseite offenen Durchlaufofen zum Wärmebehandein von Werkstücken unter einem mit Außenluft verbrennbaren Schutzgas, bei dem das Schutzgas an der Werkstück-Einlaßöffnung des Ofens und der Werkstück-Auslaßöffnung der Kühlvorrichtung Flammenschleier bildet und eine Einrichtung zum "> Umwälzen und Kühlen des Schutzgases in der Kühlvorrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des die Kühlvorrichtung (4) durchströmenden, umgewälzten Schutzgases durch an den Eintrittstellen (21) dieses >⁵ Gases in die Kühlzone angeordnete Leitbleche (22) in Abhängigkeit von der Temperatur des beim Austritt aus der Kühlvorrichtung (4) unter Zufuhr von außeriluftverbrannten Schutzgases regelbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Abgaskanal (28) der Kühlvorrichtung (4) ein Temperaturfühler (24) angeordnet ist, dessen Signale einem Stellmotor (26) zugeleitet sind, und daß die Leitbleche (22) durch den Stellmotor (26) in ihrer Richtung entsprechend der abgefühlten Temperatur verstellbar sind.