DE3143532A1

DE3143532A1 - Retortendrehofen zur waermebehandlung von werkstuecken

Info

Publication number: DE3143532A1
Application number: DE19813143532
Authority: DE
Inventors: Karl A. Rockford Ill. Wulf
Original assignee: Ikon Office Solutions Inc
Current assignee: Ikon Office Solutions Inc
Priority date: 1980-11-17
Filing date: 1981-11-03
Publication date: 1982-07-08
Also published as: GB2088536A; DE8132079U1; CH649624A5; US4352969A; IT8125020A0; ES8207339A1; ES507217A0; AU539901B2; JPS57115670A; SE8106808L; AU7690781A; FR2494415A1; GB2088536B; IT1139695B; CA1173091A; BR8107458A

Description

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Retortendrehofen zur Wärmebehandlung von Werkstücken.

Die Erfindung betrifft einen Retortendrehofen zur Wärmebehandlung von Werkstücken mit einer rohrförmigen Retorte aus elektrisch leitfähigem und wärmebeständigem Material, die mit einem Einlaßende und einem Auslaßende versehen ist und Antriebsmittel zur Drehung um die eigene Achse aufweist.

Fiel einem derartigen Ofen werden lose Werkstücke In eine um ihre horizontale Achse drehbare Retorte eingegeben und auf hohe Temperaturen erwärmt. Während der Retortendrehung werden die Werkstücke innerhalb der Retorte mit Hilfe entsprechender Einrichtungen gleichmäßig weitertransportiert, wobei sie infolge der eigenen Drehung von allen Seiten der Wärme und einem Behandlungsgas vollständig ausgesetzt sind. Im Anschluß an die Retorte werden die Werkstücke gewöhnlich in Wasser oder Öl abgekühlt.

Die meisten der im Handel befindlichen Retortenofen werden mit Gas geheizt. Die Wärme entsteht dabei an der Außenfläche der Retorte und wird dann durch din Retortenw.md riuf die Werkstücke übertragen. Um eine wirksame thermische Lei tunqsf ähiqkei t her zustellen und thermische Belastungen in der Retorte zu verringern, ist es für den Abbau des Temperaturgefälles zwischen der Innen- und Außenseite der Retorte notwendig, daß die Retorte relativ dünnwandig ausgebildet ist. Infolge dieser dünnwandigen Konstruktion neigt eine Retorte unter dem Gewicht der durcheinanderfallenden Werkstücke ab einer bestimmten Länge stark zum Senken und Durchbiegen, was sich nachteilig auf ihre Stabilität und Haltbarkeit auswirkt. Wegen der Grenzen bei der praktikabelen Länge der Retorte muß ein vergleichsweise großer Durchmesser vorgesehen werden, um angemessene Produktionsraten zu erzielen.

Der Erfindung liegt die allgemeine Aufgabe zugrunde, einen neuen ι

und verbesserten Retortendrehofen der gattungsgemäßen Art zu \

schaffen, bei dem die Retorte durch einen induzierten elektrischen !

Strom beheizt wird, der in der Retorte selbst fließt. Eine solche j

Beheizung hat zur Folge, daß zwischen der Außen- und Innenfläche j

der Retorte faktisch kein Temperaturunterschied vorherrscht. Da j

zwecks Erwärmung der Werkstücke auf eine vorgegebene Temperatur

keine Überhitzung der Außenfläche der Retorte auf eine entsprechend j hohe Temperatur erforderlich ist, ist die thermische Belastung j

j innerhalb der Retorte relativ niedrig und der Einsatz einer ver- i gleichsweisen dickwandigen und einen kleinen Durchmesser auf- j weisenden Retorte möglich, um eine hohe Produktionsrate zu er- j zielen. j

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer
induktiv beheizbaren Retorte mit einer Mehrzahl von unabhängig
nteuorbciron Temperaturzonen zur Optimierung des Wärmebehandlungspr oz(!af;cH und ferner· in der Schaffung einer Retorte, in deren
Anf iirujiiiiono dir* volle Bohandl unqsternperatur aufrechterhalten
werden kann, wenn kalte Werkstücke, die eine große Energiemenge
zu absorbieren vermögen, in die Retorte eingegeben werden.

Eine weitere\Aufgäbe der Erfindung besteht darin, das Auslaßende
der Retorte derart zu gestalten,.-, daß die Werkstücke kontinuierlich in ein Abschreckbad rieseln und nicht schubweise hinein—
plumpsen.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht schließlich noch darin,
eine Retorte zu schaffen, in der das Behandlungsgas auf dem Wege
(i(>r Außen.'ioitf¹ dor Rotorho vorqoheizt wird und dann in
qo.s^tztot Rifhtunq durch die Retorte; zwecks Behandlung
der Werkstücke fließt., wobei die Retorte sich dadurch auszeichnet,
daß an ihrem Auslaßende keine Gasdichtung vorhanden ist.

Die Erfindung beruht auch noch in einer periodischen Unterbrechung

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d<>:; lndu/,ΙΐΜ'ten .'U r omi I u;;;;^;; in <lrr keloite, um ::\i v<mIi i inlfi n , daß die Werkstücke magnetisch aneinander haften oder an der Wand der Retorte hängenbleiben.

Diese und andere Aufgaben sowie Vorteile der Erfindung ergeben sich ausführlicher aus der nachfolgenden Beispielsbeschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Retortendrehofen gemäß der Erfindung im vertikalen Längsschnitt, ■ ■

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Teil des Einlaßendes der Retorte nach Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, und

Fig. 4 einen Teil des Auslaßendes der Retorte nach Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.

Wie aus den Zeichnungen zu ersehen ist, wird die Erfindung durch einen Wärmebehandlungsofen 10 mit drehbarer Retorte verkörpert. Ein solcher Ofen wird besonders zum Erwärmen kleiner partikularer Werkstücke 11 (Fig. 4), wie z.B. Schrauben oder Kugellager, auf hohe Temperaturen (z.B. 1039⁰C) in Anwesenheit

nicht-oxidierenden Gases verwendet. Die Werkstücke werden lose von einem Ende in den Ofen eingegeben und in Richtung des anderen Endes vorwärts bewegt, wobei sie im Ofen ständig umgelagert werden, so daß sie von allen Seiten der Wärme und dem Gas ausgesetzt werden. Auf diese Weise läßt sich eine gleichmäßige Wärmebehandlung der Werkstücke erzielen. Nach dem Verlassen des Ofens werden die Werkstücke gewöhnlich in ein Abschreckbad 13 (Fig. 1) aus Öl oder Wasser abgegeben.

Xm vorliegenden Beispiel umfaßt der Ofen 10 eine Uinmantc-iluiK), zu der ein äußerer Stahlmantel 15 mit einem rechteckförmigen Querschnitt gehört. Auf dem Boden des Mantels 15 stützen sich ein vorderes und hinteres Paar Befestigungsbügel 16 (Fig. 2) ab. Jeder Bügel trägt eine Laufwalze 17, die sich um eine horizontale Achse 18 dreht. Die Laufwalzen tragen wiederum eine im wesentlichen horizontal gerichtete, rohrförmige Retorte 20, die sich um ihre Längsachse dreht. Am vorderen Ende der Retorte ist ein

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Zahnrad 21 (Fig. 1) befestigt, das über eine Kette 22 mit einem Antriebsmechanismus verbunden ist, der allgemein durch das-Bezuqnzeichen 2 3 angezeigt ist und im Betrieb die Retorte um ihre Λι-hRo mit (Mner Geschwindigkeit antreibt, die nach Bedarf geregelt werden kann. Am vorderen Ende des Ofens ist eine Einspeiseeinrichtung 25 (Fig. 1) vorgesehen, die aus einer in das stromaufwärtige oder Einlaß-Ende der Retorte 20 führt. Innerhalb der Retorte und an dieser befestigt befindet sich ein im wesentlichen spiralförmiger Fördergang 27, der sich in Umlauf- und Längsrichtung an der Innenwand der Retorte erstreckt. Sobald sich die Retorte dreht, transportiert der Gang die Werkstücke vom Einlaßende zum Auslaßende der Retorte in förderschneckenähnlicher Weise. Während des Vorwärtstransports werden die Werkstücke an den Seiten der Retorte etwas mitgenommen, um dann zum Boden der Retorte zurückzufallen. Das hat zur Folge, daß die Werkstücke während ihres Transports ständig umgelagert werden.

Krfindunqsgemäß wird die drehbare Retorte 20 des Wärmebehandlungsofens 10 durch einen in der Retorte induzierten elektrischen Stromfluß beheizt. Kraft dieser induktiven Beheizung wird die Wärme eher in der"Retorte selbst erzeugt als durch die Retorte im Wege der Wärmeleitung übertragen. Wie nachfolgend verständlicher wird, hat diese induktive Beheizung der Retorte erhebliche Vorteile zur Folge.

Vorzugsweise besteht die Retorte 20 im vorliegenden Fall aus einem elektrisch leitfähigem und wärmebeständigem Material, z. B. eine Nickel-Chrom-Stahllegierung, und wird induktiv durch mehrere (z.B. vier) Mehrfachwindungen oder Spulen 30 (Fig. 1) beheinr. Jede ,'"".pule ist mit einer Tsol iermanschette 31 aus Fa-.'■.frwollt.' oder -filz umkleidet, die gegenüber der Retorte einen radialen Abstand aufweist. Der Raum zwischen den Spulen und dem Mantel 15 des Ofens ist mit Blöcken 32 aus festem Isoliermaterial, wie z.B. aus Beton, gefüllt. Die 4 Spulen sind in Abständen entlang der Retorte angeordnet und untereinander durch Ringe 33 aus faserförmigem Isoliermaterial getrennt.

Die Induktionsspulen 30 sind standardisierte Induktionsmagnetspulen, obgleich auch andere Induktorentypen, wie lineare oder Durchfluß- Induktoren,verwendet werden können, und zwar entweder alleine oder in Kombination mit Induktionsmagnetspulen. Die Induktoren sind über eine Quelle 35 einer 3-Phasen—Wechsel Stromspannung geschaltet und induzieren bei Erregung einen Stromfluß in der Retorte 20, der die Retorte unmittelbar aufheizt. Durch Regulierung der Energieversorgung der verschiedenen Spulen mit Hilfe von beispielsweise Transformatoren. 36 können über die Länge der Retorte verschiedene Temperaturen aufrechterhalten worden. Vorzugsweise worden die .strom.iu f wart iqen l'orieii nut or i-iiiri hö~ hören Temperatur qoh.ilten als d i.o r.trorncabw.'jr t i qeii, um dii· k.illen Werkstücke schnell auf die gewünschte Temperatur zu brinqon. Vorzugsweise wird der Stromfluß zumindest bei der stromaufwärtigen Spule 30 periodisch für einen Intervall von beispielsweise 1 Sekunde unterbrochen, damit das Magnetfeld im stromaufwartigen Endbereich der Retorte periodisch zusammenbricht und um zu verhindern, daß die Werkstücke 11 aneinander oder an der Innenseite der Retorte magnetisch hängenbleiben. Dadurch fallen die Werkstücke im stromaufwärtigen Endbereich der Retorte zurück und werden nicht durch die Retortendrehung nach oben gezogen. Nachdem die Werkstücke auf eine bestimmte Temperatur (z.B. 705 C) erwärmt worden sind, verlieren sie ihre magnetischen Eiqenschafton und neigen nicht mehr zur Klumpenbildung, so daß es nicht orJ.ord< ·ι lieh ist, das Magnetfeld im stromabwärtigen Teil der Retorte zusammenbrechen zu lassen, damit die Werkstücke frei durcheinanderfallen können. Die Frequenz der Stromunterbrechungen in der stromaufwärtigen Spule 30 wird in direkter Abhängigkeit zur Ein— speisungsrate der Werkstücke geändert, die wiederum direkt proportional zur Winkelgeschwindigkeit ist. Zu diesem Zweck kann der Ausgang des Antriebsmechanismus 23 einen drehbaren Nocken (Fig. 1) antreiben, der einen Schalter 41 in der stromführenden Leitung der stromaufwärtigen Spule 30 periodisch offenen und schließen kann.

Kraft der Induktionsspulen 30 wird die Wärme unmittelbar in dnr Retorte 20 selbst erzeuqb und braucht, riirhl. durr'h die Ki-I m I ■ ·ιι~

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wand geleitet zu werden, wie in dem Fall der gas— oder ähnlich beheizten Retorte. Die Werkstücke 11 können folglich auf eine höhere Temperatur erwärmt werden, ohne dabei die Retorte auf pine bedeutsam höhere Temperatur zu erwärmen. Ebenfalls wird die Temperaturdifferenz zwischen der Innen- und Außenseiten el·M* Rotortc Faktisch null und damit die thermische Beanspruchung in der Retorte stark verringert. Wegen der gleichmäßigen Aufheizung in der Retortenwand selbst kann die Wand vergleichsweise dick sein und durch die Laufwalzen 17 getragen werden, die längs der Retorte in dem Maße angeordnet sind, damit sich die Retorte unter den schweren Lasten nicht durchbiegt. Dies ermöglicht den Einsatz einer längeren Retorte als es bei gasbeheizten Öfen möglich ist und erlaubt eine Reduzierung des Retortendurchmessers bei gleich hoher Produktionsrate.

Das Beheizen der Retorte 20 mit Hilfe der Induktionsspulen ermöglicht: vorteilhafterweise, daß das Wärmebehandlungsgas auf .··.!> im τη W(M] enrluni] dor Außenseite der Retorte» vorgeheizt werden !•■..um. IM:: <;.ι:; .·:triiml· ilnnn direkt durch di'> Werkstücke 11 in • •int- i'.iii Hi¹WiM]UiKJiU Lchturiy der Werkstücke entgegengesetzte Richtung. Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, wird das Gas dem Ofen durch eine Einlaßleitung 43 zugeführt, die am vorderen Ende des Ofens angeordnet ist. Das Gas strömt in den ringförmigen Raum 44 zwischen der Retorte 20 und der Manschette 31 und wird durch die heiße Retorte auf dem stromabwärtigen Weg entlang der Außenseite der Retorte aufgeheizt. Das Gas strömt dann in das Auslaßende der Retorte, von dort zurück oder stromaufwärts durch die Werkstücke 11 und gelangt durch einen Auslaß (nicht dargestellt) in der Schütte 26 nach draußen. Das Gas wird also folglich auf seinen stromabwärts gerichteten Weg aufgeheizt und ;-.t reicht: aufwärts gegen den Strom der Werkstücke, so daß die Werkstücke mil dem das in <.\o\- Weise einer, wirkn.imen Rerienelunqseffektes in Berühung kommen.

Damit das Behandlungsgas innerhalb des Mantels 15 bleibt und nicht in das stromaufwärtige Ende der Retorte 20 strömt, ist zwischen dem stromaufwärtigen Ende der Retorte und einer die

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Schütte 26 tragenden Wand 45 (Fig. 3) eine Drehdichtung vorgesehen. Im vorliegenden Fall besteht die Dichtung aus einem Dichtungsring 50 (Fig. 3), der eine Befestigungsnabe für das Zahnrad 21 bildet und der an dem vorderen Ende der Retorte mittels Schrauben 51 befestigt ist. Der Dichtungsring 50 befindet sich in unmittelbarer Anlage mit einem zweiten Ring 52, der mittels Schrauben 53 an der Endwand 45 befestigt ist und gegen diese durch O-Ringe 54 abdichtet. Der Dichtungsring 52 und die O-Ringe 54 werden durch Wasser gekühlt, das durch ein ringförmiges Rohr zirkuliert, das an dem Abdichtungsring 52 befestigt ist und sich um diesen erstreckt .

Da sich in dem Ofen 10 kein Verbrennungsgas befindet, entfällt eine drehbare Gasdichtung zwischen dem Auslaßende der Retorte und dem stromabwärtigen Wandende des Ofens. Dies spart nicht nur die Kosten einer solchen Dichtung,sondern ermöglicht auch, daß das äußerste, stromabwärtige Retortenende auf eine hohe Temperatur gebracht werden kann, da sich dort keine der Hitze ausgesetzte Dichtung befindet. Somit kann die Induktionsspule 30 das äußerste, stromabwärtige Retortenende 20 umgeben, so daß die Werkstücke 11 bis zu genau dem Punkt der Hitze ausgesetzt sind, wo sie die Retorte verlassen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist Ln der Ausqesfcal tunq de:; Äuslaßendes der Retorte 20 zu erkennen, wodurch die Werkstücke 11 kontinuierlich aus der Retorte in ein Abschreckbad tröpfeln können und nicht schubweise ausgekippt werden. Wie in Fig. 4 gezeigt, endet der spiralförmige Gang 27 kurz vor dem äußersten, stromabwärtigen Retortenende. Wenn die Werkstücke am Ende des. Ganges aus der Retorte fallen würden, würden sie in intermittierenden Schüben aus der Retorte fallen und in das Abschreckbad klatschen, das sich dadurch relativ schnell aufheizt.

Die Erfindung sieht schließlich auch noch einen Drehverteiler 60 (Fig. 4) vor, der am stromabwärtigen Ende der Retorte'ausgebildet ist, um ein Auflaufen der Schübe zu erwirken, so daß

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die Werkstücke dann kontinuierlich aus der Retorte tröpfeln

können. Im vorliegenden Fall ist der Verteiler in Form eines

inneren, ringförmigen Kegelstumpfes am Auslaßende der Retorte

r.l'romabwärts des Ganges 27 ausgebildet. Fortschreitend in

:;l romabwärtiqer Richtung erweitert sich der Kegelstumpf 60

allmählich nach außen und bildet eine Rampe, von wo aus die

Werkstücke aufgrund ihrer Schwerkaft aus der Retorte fallen. r

Der Kegelstumpf 60 hat zur Folge, daß die aus dem Gang 27 in '

intermittierenden Schüben ankommenden Werkstücke kurzzeitig ι

gesammelt werden und dann allmählich und kontinuierlich in \

das Abschreckbad 13 tröpfeln. f

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Leerseite

Claims

Alco Standard Corporation Duportail Road 825 Chesterbrook, Valley Forge Pennsylvania 14982 U.S.A. Ansprüche

1. Retortendrehofen zur Wärmebehandlung von Werkstücken mit einer rohrförmigen Retorte (20) aus elektrisch leitfähigem und wärmebeständigem Material, die mit einem Einlaßende und einem Auslaßende versehen ist und Antriebsmittel (23) zur Drehung um die eigene Achse aufweist, gekennzeichnet durch elektrische Spulen (30), die die Retorte (20) stationär umgeben und im erregten Zustand einen Stromfluß zur induktiven Beheizung der Retorte (20) erzeugen, eine Wechselstromquelle (35), an die die Spulen (30) angeschlossen sind, eine Einrichtung (25) zum Einspeisen eines korpuskularen Werkstückflusses (11) in das Einlaßende der Retorte (20) und eine im wesentlichen spiralförmige Fördereinrichtung (27), die sich in Umlauf- und Längsrichtung an der Innenwand der Retorte (20) erstreckt und an dieser befestigt ist und die als Folge der Retortendrehung die Werkstücke (11) vom Einlaßende der Retorte (20) in Richtung Auslaßende fördert.

2. Retortendrehofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabwärtige Ende der Fördereinrichtung (27) kurz vor dem Auslaßende der Retorte (20) endet, das durch einen Innenring in Form eines Kegelstumpfes (60) gebildet ist, der sich nach außen in Richtung Auslaßende erweitert.

i. Retortendrehofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Retorte (20) in einem Abstand von einem M.intol (15) umqeben ist und daß Mittel (43) zwecks Erzielung eines Gasflusses vorgesehen sind, der an der Außenseite der Retorte (20) vom Einlaß— zum Auslaßende gerichtet ist und dann im Innern der Retorte (20) in entgegengesetzte Richtung fließt.

4. Retortendrehofen nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß zwischem dem Einlaßende der Retorte (20) und dem Mantel (15) eine Dichtung (50) vorgesehen ist, die den Gasfluß zwischen dem Einlaßende und dem Mantel (15) verhindert und gleichzeitig eine relative Drehung der Retorte (20) gegenüber dem Mantel (15) zuläßt.

5. Retortendrehofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (41) vorgesehen sind, die den Stromfluß zwischen der Wechselstromquelle (35) und wenigstens einer der Spulen (30) periodisch unterbrechen.

6. Retortendrehofen nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (23,40) vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Frequenz der Stromunterbrechung direkt proportional zur Winkelgeschwindigkeit der Retorte (20) steuerbar ist.