DE2844843C2

DE2844843C2 - Industrieofen zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke

Info

Publication number: DE2844843C2
Application number: DE2844843A
Authority: DE
Inventors: Hans 4180 Goch Bertrand; Ferdinand Berg en Dal Limque
Original assignee: Ipsen International GmbH
Current assignee: Ipsen International GmbH
Priority date: 1978-10-14
Filing date: 1978-10-14
Publication date: 1985-09-12
Also published as: GB2034447B; FR2438688A1; ES484978A1; JPS6212288B2; FR2438688B1; DE2844843A1; GB2034447A; US4278421A; JPS5554528A

Description

Charge in irgendeiner Weise zu verteilen und damit die Geblases verbunden ist.

H oben beschriebenen Probleme zu lösen. Durch die Klappensteuerung werden hohe Gasge-

|ΐ Aus der GB-PS 6 53 655 ist weiter eine schwenkbare schwindigkeiten erzielt, die in neuartiger Weise sn Ein-

i| Klappe in einem Gaszuleitungs- und Luftzuleitungssy- kammer-Vakuumofen die Möglichkeit geben, in axialer ■Ά. stern eines Wärmebehandlungsofens votgesehen, mit 5 Erstreckungsrichtung hintereinander einen Wärmeaus-

^l weicher der Gasstrom umgelenkt werden kann. Es ban- tauscher und ein Gebläse innerhalb des Ofengehäuses

delt sich um eine Kanalklappe mit <Jer Funktion, die vorzusehen. Selbst mit einem Abschreckgas höherer

fi Strömungsrichtung durch die Charge hindurch von Temperatur und folglich geringerer Dichte wird durch

vk oben nach unten und entgegengesetzt in eine Richtung die Klappe der Erfindung eine ausreichende Abkühlge-

i?f von unten nach oben zu gestalten. Solche Kcnalklappen io schwindigkeit erreicht

I¹I haben nacfeteiligerweise nicht den Effekt einer Rieht- Mit dem Ofen der Erfindung kann eine größere Char-. ■:' wirkung, sondern dienen allein der Umkehr der Durch- genoberfläche vom Abschreckgas überstrichen werden Strömrichtung. Auch mit einer solchen Klappe sind da- und kann somit der vorhandene Ofenraum voll ausgeher die oben beschriebenen Probleme nicht lösbar. nutzt werden. Gleichmäßige Härteergebnisse werden in Der Erfindung liegt in Anbetracht des Standes der 15 kürzester Zeit durch die ermöglichte hohe Gasge-Technik die Aufgabe zugrunde, bei einem Industrieofen schwindigkeit erreicht Der konstruktive Aufbau ist einder eingangs genannten Art die Ofenleistung zu erhö- fach, platzsparend und bezüglich der erzielbaren Ströhen, eine größere Chargenoberfläche einer schnelleren mungsgeschwindigkeit verlustarm. So ist es mit dem Abkühlung unterziehen zu können und einen Vorhände- erfindungsgemäßen Ofen möglich, auch größere Werkv nen Ofenraum besser ausnutzen zu können. 20 Stückquerschnitte zu härten, beispielsweise Schnell-Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß stahl-Bohrer von 50 mm anstelle von 10 mm Durchmesunmittelbar vor der für den Gaszutritt vorgesehenen ser.

Kammeröffnung eine Wedelklappe schwenkbar gela- Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegert ist, mit deren Hilfe die Strömungsrichtung des an- genstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolkommenden Abschreckgases im Bereich des freien 25 genden Beschreibung der Zeichnung, in der eine bevor-Querschnitts der Kammeröffnung laufend änderbar ist zugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mittels der Verschwenkung der Klappe ist es möglich, Ofens schematisch dargestellt ist In der Zeichnung zeigt das Gas während der Abkühlzeit so zu lenken, daß die F i g. 1 einen Einkammer-Vakuumofen mit Druckgasgesamte Charge überstrichen werden kann, und zwar Abschreckgaseinrichtung im Längsschnitt,
auch dann, wenn sie die Heizkammer im wesentlichen 30 F i g. 2 den Ofen der F i g. 1 im Querschnitt gemäß voll ausfüllt Eine im Vergleich zum Stand der Technik Linie H-II der Fi g. 1 und

größere Chargenoberfläche kann folglich schnell abge- F i g. 3 eine Draufsicht auf eine Klappenbetätigung

kühlt werden. Die Klappe wird dabei entweder kontinu- gemäß Pfeil III in F i g. 2.

ierlich bewegt oder in einzelnen Stellungen bestimmte Der Einkammer-Vakuumofen mit Druckgas-AbZeiten gehalten. Die Richtung des zuzuführenden Gas- 35 schreckeinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Stroms ist damit einer ständigen Veränderung unter- doppelwandigen Stahlgehäuse 1, in welchem eine Heizworfen und nicht nur auf den mittigen Bereich be- kammer 2 angeordnet ist Das Ofengehäuse 1 ist zylinschränkt, der unterhalb der für den Gaszutritt vorgese- drisch und steht auf Füßen 3, die mit der Unterseite henen Kammeröffnung liegt verschweißt sind. Stirnseitig ist das Ofengehäuse (in der Um eine vollständige Richtungsänderung des züge- 40 Zeichnung links) mit einer abklappbaren Fronttür 4 verführten Gasstromes bewirken zu können, kann die sehen, welche ebenfalls doppelwandig ausgeführt ist. Klappe zumindest eine Endlagenstellung einnehmen, in Die gegenüberliegende Stirnseite (in der Zeichnung der sie einen Bereich des freien Querschnitts der Kam- rechts) des Ofengehäuses 1 weist zentrisch eine kreismeröffnung abdeckt Dabei schließt die Klappe in ihrer förmige Aussparung auf, in welche eine Haube 5 einge-Endlagenstellung mit der Querschnittsebene der Kam- 45 setzt ist, die der Aufnahme eines weiter unten beschriemeröffnung vorzugsweise einen Winkel von annähernd benen Motors dient

45° ein. Der Gesamtbewegungsweg der Klappe um- Die Heizkammer 2 ist aus einem Stahlmantel 6 gefer-

schließt dann einen Winkel von 90°. tigt, der mit einer selbsttragenden Graphitisolierung 7

Anstelle einer einfachen Klappe kann auch eine Dop- ausgekleidet ist Am Boden und an der Decke ist die

pelklappe in Parallelogrammanordnung Verwendung 50 Heizkammer 2 mit je einer großen Gasdurchtrittsöff-

finden. Bei jeder Klappenausbildung ist aber vorteilhaft, nung versehen. Diese öffnungen sind während der

wenn die Anordnung der Klappe derart ist, daß ihre Heiz- und Halteperiode durch isolierte Sperrschieber 8,

Schwenkbewegung aus ihrer einen Endlagenstellung in 9 verschlossen. Die öffnungs- und Schließbewegung er-

die andere gegen den Gasstrom erfolgt Im anderen Fall folgt pneumatisch mittels nicht dargestellter Kolben/

sind größere Kräfte aufzuwenden, uni die Schließung 55 Zylindereinheiten. Zu diesem Zweck sind die Sperr-

der Klappe zu bewirken und die Klappe in ihrer Endla- schieber 8 und 9 in Führungen 10 gelagert Die Heiz-

ge dicht auf ihrem Klappensitz zu halten. kammer 2 ist auf Rädern 11 gelagert um zur Erleichte-

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des er- rung von Wartungsarbeiten aus dem Ofen herauszieh-

findungsgemäßen Ofens ist die Klappe mit ihrer bar zu sein.

Schwenkachse unmittelbar oberhalb des Sperrschiebers 60 Frontseitig ist die Heizkammer 2 durch eine abklappgelagert, der zum Schließen der für den Gaszutritt vor- bare isolierte Tür 12 verschlossen, durch welche eine gesehenen Kammeröffnung vorhanden ist Die Klappe Charge in Form eines Chargenkorbs (in der Zeichnung erstreckt sich nach oben entgegen der Richtung des in der Heizkammer gestrichelt angedeutet) in den Ofen Gasstromes mit einem Winkel von 45° in ihren An- einbringbar ist. Zur Behandlung steht die Charge auf Schlagstellungen. Diese sind innerhalb einer trichterför- 65 einem Chargentisch 13. Das innere der Heizkammer 2 migen Haube ausgebildet welche mit dem erweiterten kann durch ein Schauglas 14 in der Tür 12 beobachtet Trichterteil oben auf dem Ofengehäuse befestigt ist und werden, das von außen über einen Mechanismus 14 freimit ihrem engen Rohrteil mit dem Druckstutzen des legbar ist.

Im Inneren der Heizkammer 2 sind elektrische Heizelemente 15 oberhalb und unterhalb der Charge angeordnet, die ein rasches Anwärmen der Charge auf Behandlungstemperatur und eine hohe Temperaturgleichmäßigkeit gewährleisten. Die Stromzuführung zu den Heizelementen 15 durch das Otengehäuse 1 und den Mantel der Heizkammer hindurch ist F i g. 2 der Zeichnung entnehmbar. Die gesamte Vorrichtung ist mit dem Bezugszeichen 16 versehen und an dieser Stelle nicht näher beschrieben, da sie herkömmlicher Art ist

Im Inneren des Ofengehäuses 1 befindet sich hinter der Heizkammer 2 ein Wärmeaustauscher 17 mit einer Vielzahl von Kühlspiralen, zu denen Wasser über Zufuhrleitungen 18 geführt und aus denen Wasser über Abfuhrleitungen 19 abgeführt wird. Der Wärmeaustauscher 17 dient der schnellen Kühlung des an den heißen Werkstücken erwärmten Abschreckgases.

Das Abschreckgas wird durch ein Hochleistungsgebläse 20 umgewälzt, welches in gleicher Achse hinter dem Wärmeaustauscher 10 innerhalb des Ofengehäuses 1 angeordnet ist. Das Gebläse 20 hat einen zentrischen Gasansaugstutzen 37 an seiner dem Wärmeaustauscher 17 zugewandten Seite und einen tangentialen, in der Zeichnung nicht erkennbaren Austritt, der als Druckstutzen aus dem Ofengehäuse 1 herausgeführt ist und über ein Rohr 21 mit einer Blechhaube 22 verbunden ist, die auf die Heizkammer 6 im Inneren des Ofengehäuses 1 aufgesetzt ist

Das Gebläse 20 wird von einem Motor 23 angetrieben, der gleichachsig innerhalb der Haube 5, die das Ofengehäuse 1 stirnseitig hinten erweitert untergebracht ist Seine Stromanschlüsse sind schematisch F i g. 1 der Zeichnung entnehmbar und mit der Bezugsziffer 24 gekennzeichnet

Die Blechhaube 22 hat eine trichterförmige Gestalt und ist in umgekehrter Anordnung, d. h. mit der weiteren Trichteröffnung nach unten und dem engeren Rohrende nach oben, oberhalb des Sperrschiebers 9 auf der Heizkammer befestigt Die Blechhaube 22 hat unter einem Winkel von etwa 45° zur Senkrechten nach außen ausgestellte vordere und hintere Wände 25, 26 sowie senkrecht verlaufende Querwände 27, 28 (vgl. F i g. 2 der Zeichnung). Die Blechhaube 22 ist nach unten, zum Sperrschieber 9 hin, geöffnet und läuft nach oben in einem Stutzen 29 aus, an den das Rohr 21 angeschlossen ist Die Querwände 27, 28 der Blechhaube 22 sind mit Lagern 30,31 für eine in Querrichtung sich erstreckende Welle 32 versehen, an der eine Klappe 33 befestigt ist Der Übergang des trichterförmigen Teils der Blechhaube 22 in den Rohrstutzen 29 bildet je eine vordere und hintere Anlagefläche für die im wesentlichen rechteckige Klappe 33 in ihrer Endlageristellung. Die Welle 32 lsi mittig innerhalb der Blechhaube derart angeordnet daß die Klappe 33 in ihrer Endlagenstellung etwa einen Winkel von 45° zur Senkrechten jeweils einnimmt Die Klappenfläche korrespondiert damit zur jeweils gegenüberliegenden vorderen bzw. hinteren Wand der Blechhaube 22 und bildet mit den zugehörigen Teilen der Querwände 27 und 28 einen schrägverlaufenden Schacht der den Gasstrom aus dem Rohr 21 beim Übergang in die Heizkammer umlenkt Die verschwenkbare Klappe steuert damit den ankommenden Gasstrom im Bereich des freien Querschnitts der Kammeröffnung, wenn der Sperrschieber 9 diese freigibt Die Verschwenkung der Klappe 33 erfolgt über den in Fig.3 der Zeichnung dargestellten Motorantrieb mit einem Motor 34, einer Gelenkverbindung 35 und einer Zwischenwelle 36, welche an die Welle 32 angeschlossen ist Durch die Getriebeauslegung der Übertragung kann eine Verschwenkung der Klappe um 90° und zurück erfolgen.

Es sei darauf hingewiesen, daß anders als im gezeichneten Ausführungsbeispiel auch eine Parallelogrammklappe mit Mehrklappenflügeln Verwendung finden kann und es ferner möglich ist, anstelle der im Ausführungsbeispiel unteren Klanpenlagerung mit hochstehender Klappe eine obere Klappenlagerung mit herabhängender Klappe vorzusehen.

Der als Ausführungsbeispiel oben beschriebene Einkammer-Vakuumofen mit Druckgas-Abschreckeinrichtung wird mit einer Charge durch die geöffnete Fronttür 4 und die ebenfalls abgeklappte Heizkammertür 12 gefüllt. Die Charge ruht innerhalb eines Chargenkorbs auf dem Chärgemiseh 13. Die Heizkammertür 12 und die Fronttür 14 werden zur Durchführung beispielsweise einer Härtung geschlossen. Ebenso sind die Sperrschieber 8 und 9 der Heizkammer 2 geschlossen. Es wird nun das Vakuumpumpsystem angestellt und die Heizkammer 2 bis IO-³ mbar evakuiert Durch die eingeschaltete Heizung werden mittels der Heizelemente 15 Temperaturen bis über 1300^CC in der Heizkammer 2 eingestellt. Verschiedene Temperaturprogramme können je nach Bedarf gefahren werden.

Nach einem Halten der gewünschten Arbeitstemperatur über eine vorbestimmte Zeit wird die Heizkammer 2 mit neutralem Gas bis auf einen Überdruck von maximal 5 bar zum Abschrecken geflutet Gleichzeitig wird das Gebläse 20 angestellt und werden die Sperrschieber 8 und 9 geöffnet. Das Abschreckgas wird durch das Gebläse 20 mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit umgewälzt und die Charge durch Wärmeabfuhr abgekühlt Das Abschreckgas strömt dabei aus dem Druckstutzen des Gebläses 20 über das Rohr 21 in die Blechhaübe 22, in der es in einer weiter unten beschriebenen Weise auf die Charge gelenkt wird. Das Abschreckgas durchströmt die Charge und verläßt die Heizkammer durch die Bodenöffnung in Höhe des Sperrschiebers 8, der geöffnet ist Die Abkühlung des Gases erfolgt innerhalb des Wärmeaustauschers 17, den es zentrisch verläßt um durch den Gasansaugstutzen vom Gebläse 20 wieder angesaugt zu werden.

Während des Abschreckvorgangs wird die Klappe 33 verschwenkt um das Abschreckgas über die ganze Charge zu lenken. Zu diesem Zweck ist der Motor 34 angestellt und vollführt die Klappe 33 über die dadurch bewirkte Bewegung der Welle 32 eine kontinuierliche Hin- und Herbewegung über einen eingeschlossenen Winkel von 90°. Durch die Ablenkung des Gasstromes aus der Senkrechten nach links und nach rechts kann die gesamte Chargenoberfiache vom Abschreckgas erfaßt werden und somit der vorhandene Ofenraum innerhalb der Heizkammer 2 voll ausgenutzt werden. Eine sehr schnelle und außerordentlich gleichmäßige Abkühlung wird erzielt Der Behandlungsablauf erfolgt voll automatisch.

Bezugszeichenhste	Ofengehäuse
1	Heizkammer
2	Füße
3	Fronttür
4	Haube
5	Stahlmantel
6	Graphitisolierung
7	Sperrschieber
8

7 8 #

9 Sperrschieber |V

10 Führungen 1*

It Räder ψ

12 Tür

13 Chargentisch 5

14 Mechanismus fit

15 Heizelemente

16 Stromzuführung

17 Wärmeaustauscher

18 Zufuhrleitung io

19 Abfuhrleitung

20 Gebläse

21 Rohr

22 Blechhaube

23 Motor 15

24 Strontanschluß

25 vordere Wand
25 hintere Wand

27 Querwand

28 Querwand 20

29 Stutzen

30 Lager

31 Lager

32 Welle

33 Klappe 25

34 Motor

35 Gelenkverbindung

36 Zwischenwelle

37 Gas-Ansaugstutzen

30

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

35

40

45

50

55

60

65

Claims

1 2 Die Erfindung betrifft einen Industrieofen, insbeson- Patentansprüchs: dere Einkammer-Vakuumofen, zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke, mit einer in einem Gehäuse

1. Industrieofen, insbesondere Einkammer-Vaku- ausgebildeten Heizkammer, die übar Heizelemente auf-

umofen, zur Wärmebehandlung metallischer Werk- 5 heizbar ist und am Boden und an der Decke eine ver-

stücke, mit einer in einem Gehäuse ausgebildeten schließbare Kammeröffnung zum Durchleiten eines Ab-

Heizkammer, die über Heizelemente aufheizbar ist schreckgases aufweist, das mit Hilfe eines Gebläses um-

und am Boden und an der Decke eine verschließbare wälzbar ist

Kammeröffnung zum Durchleiten eines Abschreck- Industrieöfen dieser Art sind aus der DE-PS 21 09 507 gases aufweist, das mit Hilfe eines Gebläses umwälz- io bekannt Sie werden insbesondere benutzt, um Teile aus bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß un- Schnellarbeitsstählen und anderen Werkzeugstählen mittelbar vor der für den Gaszutritt vorgesehenen härten zu können. Sie sind aber auch für andere Wärme-Kammeröffnung eine Wedelklappe (33) schwenkbar behandlungen geeignet, beispielsweise zum Blankglügelagert ist, mit deren Hilfe die Strömungsrichtung hen. Ein solcher Ofen besteht aus einem doppelwandides ankommenden Abschreckgases im Bereich des is gen Stahlgehäuse mit einer zu öffnenden Fronttür, die freien Querschnitts der Kanuneröffnung laufend an- den Zugang zur Heizkammer ermöglicht Die Heizkamderbarist nier ist aus einem Stahlmantel gefertigt, der mit einer

2 Industrieofen nach Anspruch 1, dadurch ge- Wärmeisolierung ausgekleidet ist Am Boden und an der

kennzeichnet, daß die Schwenkachse (32) der We- Decke ist die Heizkammer mit einer großen Gasdurchdelklappe (33) parallel zur Querschnittsebene der 20 trittsöffnung versehea Diese Öffnungen sind während

Kammeröffnung verläuft der Heiz- und Halteperiode durch isolierte Sperrschie-

3. Industrieofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch ber verschlossen. Beim Abkühlvorgang werden die in gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (32) mittig der Heizkammer befindlichen Gegenstände von kaltem zur Kammeröffnung verläuft. Gas umströmt, welches nach öffnen der Boden- und

4. Industrieofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 25 Deckenöffnungen durch die Heizkammer hindurch umdadurch gekennzeichnet daß die Wedelklappe (33) gewälzt wird. Die Umwälzgeschwindigkeit und die Stärzumindest eine Endlagenstellung einnimmt, in der ke der Rückkühlung des Gases ist dabei allein einstellsie einen Bereich des freien Querschnitts der Kam- bar durch die Auslegung der zum Ofen zugehörigen meröffnung abdeckt Wärmeaustauscher und Gebläse. Nachteilig ist insbe-

5. Industrieofen nach Anspruch 4, dadurch ge- 30 sondere, daß der zur Abkühlung der Charge in die Ofenkennzeichnet, daß die Wedelklappe (33) in ihrer End- kammer eingeleitete Gasstrom nur in der Lage ist, eine lagenstellung mit der Querschnittsebene der Kam- vergleichsweise kleine Charge zu bestreichen. Einer meröffnung einen Winkel von annähernd 45° ein- Vergrößerung der Charge steht die damit verbundene schließt Verringerung der Abkühlgeschwindigkeit entgegen. Es

6. Industrieofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 35 ist auch nicht möglich, den Durchmesser des Druckstutdadurch gekennzeichnet daß die Wedelklappe als zens des Gebläses zu vergrößern, da bei gleichbleiben-Mehrklappe in Parallelogrammanordnung ausgebil- der Gebläseleistung hiermit ein Geschwindigkeitsverdet ist lust verbunden ist Eine hohe Gasgeschwindigkeit ande-

7. Industrieofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, rerseits ist jedoch nötig, um eine schnelle Abkühlung gekennzeichnet durch eine Anordnung der Wedel- 40 der Charge zu erreichen. Nur mit einer ausreichend klappe (33) derart, daß die Schwenkbewegung der schnellen Wärmeabführung ist die Durchführung bei-Wedelklappe (33) aus ihrer einen Endlagenstellung spielsweise einer Härtung möglich. Es besteht daher die in die andere gegen den Gasstrom erfolgt. Forderung, zwecks Erzielung einer schnellen Kühlung

8. Industrieofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der Charge das in die Heizkammer eingeblasene Abdadurch gekennzeichnet daß die Kammeröffnung 45 schreckgas mit hoher Geschwindigkeit umzuwälzen. Bei von einer Haube (22) mit einer oberen und unteren vorgegebener Gebläseleistung ist die Gasgeschwindigöffnung umgeben ist, deren Begrenzungsflächen der keit vom Durchmesser des Rohranschlusses abhängig, Wedelklappe (33) in ihrer Endlagenstellung An- der Rohrdurchmesser aber wiederum naßgebend für schlagflächen sind und die über ein Rohr (21) mit die Größe der von dem Abschreckgas bestrichenen dem Druckstutzen des Gebläses (20) verbunden ist. 50 Chargenoberfläche, woraus sich ergibt daß in der Pra-

9. Industrieofen nach Anspruch 8, dadurch ge- xis zwangsläufig die Ofenleistung bei gleichbleibender kennzeichnet, daß die Haube trichterförmig zur Güte der wärmebehandelten Werkstücke begrenzt ist.
Kammeröffnung hin sich erweitert und die An- Darüber hinaus ist nachteilig, daß bei einer bestimmschlagflächen für die Wedelklappe (33) bildenden ten Chargenposition bestimmte Teile der Charge auf-Trichterflächen (25,26) in einem Winkel von 45° zur 55 grund ihrer unveränderbaren Stellung zum Gasstrom senkrechten Achse des Ofens stehen. und der ebenfalls während der Abkühlung unveränder-

10. Industrieofen nach einem der Ansprüche 1 bis ten Richtung des Gasstromes nicht gleichmäßig abge-9, dadurch gekennzeichnet, daß in Erstreckungsrich- kühlt werden, so daß durch Schattenbildung die Ergebtung hinter der Heizkanmer (2) der Wärmeaustau- nisse der Wärmebehandlung beeinträchtigt werden,
scher (17) und das Gebläse (20) innerhalb des Ofen- 60 Aus der DE-OS 26 28 605 ist ferner ein Kammerofen gehäuses (1) angeordnet sind und daß die Verbin- mit Atmosphärenkühlung bekannt, bei dem die Kühleindung zwischen dem Druckstutzen des Gebläses (20) richtung aus einem wasserdurchströmten Rippenrohr- und dem Gaszutritt zur Heizkammer durch ein au- kühler besteht. Der Zugang zu dieser Kühleinrichtung ßenliegendes Rohr (21) vorgenommen ist. ist durch einen Verschluß verschließbar. Dieser ist heb-

65 und absenkbar angeordnet und gibt den Zugang zum

Kühler in Abhängigkeit von seiner Stellung mehr oder

weniger frei. Nachteiligerweise ist es mit diesem Verschlußkörper nicht möglich, den Kühlgasstrom über die