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Kamlnerofenanlage zum Behandeln von Werkstücken wie
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Glühen, Hartlöten, Härten, Sintern oder dergleichen Die Erfindung
betrifft eine Kammerofenanlage zum Behandeln von Werkstücken wie Glühen, Hartlöten,
Härten, Sintern oder dergleichen mit einer innerhalb eines gasdicht verschließbaren,
vorzugsweise zylindrischen Gehauses befindlichen Kammer zur Aufnahme des Behandlungsgutes.
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Für Vorgänge zur Wärmebehandlung von Werkstücken sind Ein- und Mehrkammeröfen
in verschiedenen Ausführungen bekannt. Diese Öfen sind in der Regel mit druckdicht
verschließbaren Türen ausgestattet, so daß das Aufheizen des Behandlungsgutes unter
Vakuum bzw. Teilvakuum erfolgen kann. Zum Abkühlen des Behandlungsgutes wird Gas,
beispielsweise Stickstoff, Helium oder Argon,durch den Innenraum geführt. Im üblichen
Einkammerofen bleibt das Behandlungsgut während der Kühlphase in der Heizkammer,
und es werden durch die Erzeugung einer Gasströmung, vorzugsweise mit äußerer Rückkühlung
Heizkammer und Behandlungsgut gleichzeitig gekühlt. Bei Benutzung eines Zweikammerofens
wird das Behandlungsgut nach der Heizphase aus der Heizkammer herausgeholt und in
einer separaten Kühlkammer ebenfalls mittels eines Gasstromes gekühlt.
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Gegenüber einem Einkammerofen sind hierbei wesentlich höhere Kühlleistungen
zu erzielen.
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ln vielen Fällen sind Wärmebehandlungsvorgänge in aufeinanderfolgenden
Stufen mit unterschiedlichen Kühlgradienten erwünscht. Derartige differenzierte
Behandlungs-Vorgänge sind jedoch mit den herkömmlichen Ein- und Zweikammeröfen nicht
zufriedenstellend durchführbar. Der Einkanimerofen ist für solche Vorgänge schon
wegen zu geringer Kühlleistung wenig geeignet. Der Zweikammerofen
gestattet
zwar langsame und schnelle Abkühlungen, bietet aber nicht die Möglichkeit, Behandlungen
mit mittleren Kbblradienten durchzuführen. Hinzu kommt, daß bei einem bweikammerofen
durch das Umpacken des Behandlungsgutes von einer Kammer in die andere der Arbeitsablauf
erheblich erschwert und zeitlich verzögert wird.
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Die Erfindung will hier Abhilfe schaffen. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Kammerofenanlage für Wärmebehandlungsvorgänge zu schaffen, die für langsame
und schnelle AbRühlungsvorgänge und im besonderen Naße auch für stufenweise Abkühlungen
mit unterschiedlichen Kühlgradienten geeignet ist und in der die verschiedenen Behandlungen
auf einfache Weise mit großer Wirtschaftlichkeit durchgeführt werden können. Darüber
hinaus soll die Kammerofenanlage leicht bedienbar sein, aus konstruktiv robusten
sowie wartungsarmen Bauteilen bestehen und kostengünstig herstellbar sein.
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Ausgehend von einer Kammerofenanlage in der eingangs beschriebenen
Art wird die Hauptaufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gehäuse aus zwei
in einer Querebene zwischen zwei Behandlungszonen der Kammer lösbar mit ein ander
verbundenen Gehäuseteilen besteht,und daß im Gehäuse ein zwischen einer Heizzone
und einer Kühlzone bewegbarer Chargenträger angeordnet ist, der in der Heizstellung
Funktionsbestandteil einer Heizvorrichtung und in der Kühlstellung Funktionsbestandteil
einer Vorrichtung zur Kühlgasumwälzung ist.
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Mit einer solchen Ofenanlage lassen sich mehrere auf ein anderfolgende
Behandlungsvorgänge und insbesondere stufenweise Abkühlungen mit unterschiedlichen
Sühlgradienten insofern wirtschaftlich verwirklichen, als bei kleinen Kühlgradienten
der Chargenträger mit dem Behand-
lungsgut in der Heizzone verbleibt
und die Wärmeenergie über die Leerverluste der Kammer abgeführt wird, während bei
mittleren Kühlgradienten der Chargenträger in Abhängigkeit vom gewünschten Temperaturverlauf
zwischen der Heizzone und der Kühlzone hin- und herpendelt und bei großen Kühlleistungen
der Chargenträger nur in der Eühlzone bleibt. Die Einbeziehung des Chargenträgers
als Funktionsbestandteil in die Heizvorrichtung einerseits und in die Kühlvorrichtung
andererseits bietet die Gewähr für eine optimale Nutzung der Heiz- bzw. Kühlenergie
und trägt damit wesentlich zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit bei.
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Vorzugsweise ist ein Gehäuseteil ortsfest und der andere beweglich,
wobei der bewegliche Gehäuseteil neben oder wie bei einem Schacht- oder Haubenofen
über oder unter dem ortsfesten Gehäuseteil angeordnet sein kann.
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Bei nebeneinanderstehender Anordnung der Gehäuseteile ist nach einer
Weiterbildung der Erfindung der bewegliche Gehäuseteil mit Hilfe von Laufrollen
auf einer waagerechten Bahn, z.B. einer Schienenbahn, verfahrbar.
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Bei der zuletzt genannten Anordnung ist auch der Chargenträger mit
Hilfe von Schienenrädern auf waagerecht verlaufenden Schienen verfahrbar, die im
ortsfesten Gehäuseteil gelagert sind und frei vorkragend bis in den beweglichen
Gehäuseteil hineinragen.
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Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der Chargenträger
als rechteckiger, unten und oben offener Kasten mit einem inneren Rost oder Gitter
zur unmittelbaren oder mittelbaren Werkstückablage ausgebildet. Zur Beheizung sind
im ortsfesten Gehäuseteil feststehende oder bewegliche Abdeckplatten angeordnet,
die in der
Heizstellung des Chargenkastens die untere und obere
Öffnung bündig verschließen. Die Abdeckplatten sind an ihrer Innenseite mit elektrischen
Heizelementen bestückt, bei denen es sich beispielsweise um freistrahlende Graphitheizelemente
handeln kann.
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Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind im beweglichen
Gehäuseteil oberhalb der Kühl stellung des Chargenkastens ein Wärmetauscher, z.B.
ein Rohrbündel-Wärmetauscher, und über diesem ein der Umwälzung eines Gasstromes
dienender Ventilator angeordnet.
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Für das Bewegen des Chargenkastens ist in weiterer Ausgestaltung der
Erfindung im ortsfesten Gehäuseteil ein parallel zur Gehäuselängsachse verlaufender
Kettenantrieb gelagert, der frei vorkragend bis in den beweglichen Gehäuseteil hineinragt
und über einen Mitnehmer mit dem Chargenkasten gekoppelt ist. Dieser Kettenantrieb
ist über eine vakuumdichte Drehdurchführung mit einem außerhalb des Gehäuses liegenden
Getriebe verbunden, welches seinerseits mit einem geeigneten Antriebsmotor in Verbindung
steht. Der Kettenantrieb und die nach außen führende Drehverbindung können dazu
benutzt werden, eine elektrische Leitungsverbindung vom Chargenkasten nach außen
zu führen. Uber diese Leitungsverbindung können sowohl in der Heizphase als auch
in der Kühlphase die Temperaturen im Chargenkasten laufend gemessen werden.
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Es besteht dadurch die Möglichkeit, den gesamten Behandlungsvorgang
mit Hilfe eines Programmgebers-vollautomatisi zu steuern, ohne daß zwischendurch
das Gehäuse geöffnet werden muß.
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Bei nebeneinanderstehender Anordnung der beiden Gehäuseteile hat die
Kammerofenanlage im wesentlichen die Gestalt eines liegenden zylindrischen Kessels,
der aus
zwei lösbar miteinander verbundenen Hälften zusammengesetzt
ist. Zur Beschickung wird der bewegliche Gehäuseteil nach Lösen der Verbindungselemente
zur Seite gefahren. Der in der Kühlstellung stehende Chargenträger kann dann bequem
be- oder entladen werden. Je nach Art der Anlage und Gewicht der zu behandelnden
Werkstücke kann das Be- bzw. Entladen von Hand oder mit Hilfe einer Krananlage ausgeführt
werden. Besondere Türen zum Beschicken, wie sie bei herkömmlichen Kammerofen erforderlich
sind, können bei der zweigetel ten Kammerofenanlage nach der Erfindung entfallen.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung, auf der eine
Kammerofenanlage mit einem waagerecht angeordneten, zweigeteilten zylindrischen
Gehäuse als Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen: Figur
1 eine Seitenansicht des Gehäuses in der Offenstellung, Figur 2 eine Seitenansicht
des Gehäuses in der Schließstellung teilweise im Schnitt mit verschiedenen Zubehöreinrichtungen,
Figur 3 einen Querschnitt des Gehäuses in der Ebene der Linie A-A der Figur 2 und
Figur 4 einen Querschnitt des Gehäuses in der Ebene der Linie B-B der Figur 2, wobei
der Chargenkasten in der Kühlstellung dargestellt ist.
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Das Gehäuse hat im wesentlichen die Gestalt eines liegenden zylindrischen
Kessels, der in seiner mittigen Querebene geteilt ist. Der Gehäuseteil 1 ist ortsfest
und der
Gehäuseteil 2 ist in Richtung der Gehäuselängsachse verfahrbar.
Zu diesem Zweck ist am Gehäuseteil 2 ein Fahrge stell 3 mit Laufrollen 4 angeordnet,
mittels der der Gehäuseteil 2 auf Profilschienen 5 eines Bodengestells verfahrbar
ist. Das Gehäuse wird mit Wasser gekühlt und ist zu diesem Zweck mit einer Doppelwandung
ausgestattet.
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Im ortsfesten Gehäuseteil 1 sind zwei waagerecht verlaufende Schienen
7 angebracht, die frei vorkragend in den beweglichen Gehäuseteil 2 hineinragen.
Diese Schienen 7 dienen zur verfahrbaren Lagerung eines Ohargenwagens, der im wesentlichen
als rechteckiger, unten und oben offener Kasten 8 ausgebildet ist, der im Innern
mit einem waagerechten Host oder einer anderen Tragkonstruktion, wie beispielsweise
parallel verlaufende Stäbe oder dergleichen, zur unmittelbaren oder mittelbaren
Werkstückablage ausgestattet ist.
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In der Zeichnung ist eine Ausführung veranschaulicht, bei der die
zu behandelnden Werkstücke in einem Beschickungsbehälter 9 angeliefert und mit diesem
Behälter in den Chargenkasten 8 von oben eingesetzt werden, in dem der Behälter
9 auf einer Verstrebung 10 lagert. In diesem Fall ist der Boden des Beschickungsbehälters
9 gitter-bzw. rostartig ausgebildet, so daß die Werkstücke oben und unten für die
Behandlungsvorgänge weitgehend freiliegen.
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Wie aus den Querschnittsdarstellungen der Fig. 3 und 4 besonders deutlich
hervorgeht, sind die Schienenräder 11 an den Außenseiten des Chargenkastens 8 angebracht.
Der Chargenkasten liegt somit als Ganzes zwischen den parallel verlaufenden Schienen
7.
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Im ortsfesten Gehäuseteil 1 sind zwei Abdeckplatten 12
feststehend
übereinander angeordnet, die die gleichen Grundrißabmessungen wie der Chargenkasten
8 haben. Die Abdeckplatten können aber auch beweglich gelagert sein, so daß die
Möglichkeit besteht, die Abdeckplatten gegen den Chargenkasten zu drücken, wenn
dieser die Heizstellung einnimmt.
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Im vorliegenden Fall ist die senkrechte Höhe des Zwischenraumes zwischen
den beiden Abdeckplatten 12 so bemessen, daß der Chargenkasten 8 dichtschließend
zwischen die beiden Platten 12 einfahrbar ist. Wenn der Chargenkasten 8 die Heizstellung
einnimmt, wird auf diese Weise eine rundherum abgeschlossene Heizkammer gebildet.
An den Abdeckplatten 12 sind an den Innenseiten elektrische Heizelemente, vorzugsweise
Graphitheizelemente 13, angebracht.
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Im beweglichen Gehäuseteil 2, in dem sich die Kühlzone befindet, sind
oberhalb der Sühlstellung des Chargenkastens 8 ein Rohrbundel-Wärmetauscher 14 und
darüber das Flügelrad eines Ventilators 15 angeordnet. Zur Beeinflussung und Lenkung
des die Kühlung bewirkenden Gas stromes können zusätzlich Leitvorrichtungen eingebaut
sein. Der Antriebsmotor 16 für das Flügelrad 15 ist in einem äußeren Dom 17 untergebracht.
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In Fig. 2 ist neben dem ortsfesten Gehäuseteil 1 eine übliche Pumpenanlage
18 zur Erzeugung des erforderlichen Unterdrucks in der Behandlungskammer dargestellt.
Falls Behandlungen unter Hochvakuum durchgeführt werden sollen, wird eine zusätzliche
Diffusionspumpe 19 eingesetzt.
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Nach beendeter Evakuierung kann, wenn der Behandlungsprozeß dies erfordert,
über eine Teildruckautomatik Schutzgas in den Behandlungsraum geflutet werden.
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Bei dem auf der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist
zum Bewegen des Ohargenkastens 8 ein parallel zur Gehäuse längsachse verlaufender
Kettenantrieb 20 vorgesehen, der an seinem rückwärtigen Ende im ortsfesten Gehäuseteil
1 gelagert ist und bis in den beweglichen Gehäuseteil 2 frei vorkragend hineinragt.
Ein am Kettenantrieb 20 befindlicher Mitnehmer dient zur Ankopplung des Chargenkastens
8. Der motorische Antrieb des Kettenantriebs 20 ist außerhalb des Gehäuses. Die
im ortsfesten Gehäuseteil 1 befindliche Lagerung des Kettenantriebs 20 ist über
eine vakuumdichte Drehdurchführung 21 mit einem äußeren Getriebe 22 verbunden. Der
eigentliche Antrieb kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch ausgebildet sein.
Uber den Kettenantrieb werden zweckmäßigerweise auch die Verbindungsleitungen nach
außen geführt, die für den Anschluß der Einrichtungen zur Temperaturmessung und
programmierten Steuerung der Kammerofenanlage benötigt werden.
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Je nach Anforderung sind in der Kammerofenanlage unterschiedliche
Kühlbehandlungen durchführbar. So kann beispielsweise eine langsame Abkühlung unter
Vakuum oder Gasteildruck der Werkstücke in der Heiz- oder Kühlzone sowie eine Schnellkühlung
in der Kühlzone durchgeführt werden. Die zur Kühlung vorgesehenen Einbauten können
einerseits zur Erzielung kurzer Kühlzeiten und andererseits auch dazu ausgenutzt
werden, bestimmte metallurgische Effekte zu erreichen, beispielsweise bei der Vergütung
von lufthärtenden Stählen. Die Kammerofenanlage kann mit einer programmierten Steuerung
für den gesamten Betriebsablauf oder nur für die Kühlphase mit verschiedenen Abkühlraten
und beliebigen Haltezeiten in der Abkühlphase betrieben werden. Bei einer solchen
Auslegung der Anlage w-erden auch die Bewegungen des Chargenwagens gesteuert.
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Bei einer programmierten Steuerung ist beispielsweise eine Abkühlung
mit verschiedenen Abkühlraten und beliebigen haltezeiten in der Kühlzone möglich.
Wenn Kühlvorgänge erwünscht sind, bei denen die Kühlgeschwindigkeiten größer sind
als die größte Kühlgeschwindigkeit in der Heizkammer und kleiner als die kleinste
Kühlgeschwindigkeit in der Kühlzone, kann die gewünschte Abkühlung durch Pendeln
des Chargenwagens zwischen Heizzone und Kühlzone in Abhängigkeit von der Isttemperatur
des Behandlungsgutes bewirkt werden.
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Vorstehend ist die Erfindung anhand einer Eammerofenanlage erläutert,
bei der die beiden Gehäuseteile nebeneinander angeordnet sind. Die Erfindung ist
hierauf keineswegs beschränkt. Sie läßt sich ebensogut bei einer Kammerofenanlage
verwirklichen, bei der die Gehäuseteile übereinanderstehen, wobei sich im oberen
Gehäuseteil entweder die Heizzone (Haubenofen) oder die Kühlzone (Schachtofen) befinden
kann. Anstelle einer Boden- und Deckenheizung kann ebensogut auch eine Seitenbeheizung
der Werkstücke vorgesehen sein.