DE3215509A1

DE3215509A1 - Vakuum-kammerofen

Info

Publication number: DE3215509A1
Application number: DE19823215509
Authority: DE
Inventors: Dieter 5980 Werdohl Gierse; Werner 5750 Menden Halek; Peter 5750 Menden Schmetz
Original assignee: SCHMETZ INDUSTRIEOFENBAU und VAKUUM-HARTLOETTECHNIK KG; SCHMETZ INDUSTRIEOFENBAU und V; Schmetz Industrieofenbau und Vakuum Hartloettechnik Kg 5750 Menden
Current assignee: Schmetz GmbH and Co KG
Priority date: 1982-04-26
Filing date: 1982-04-26
Publication date: 1983-10-27
Also published as: DE3215509C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuum-Xammerofen zur
Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken mit einer in einem Gehäuse befindlichen Heizkammer mit im wesentlichen rechteckigen Umrissen, deren Wände verschließbare oeffnungen zum Durchleiten eines Kühlgases aufweisen, das mit Hilfe eines Gebläses über einen Wärmetauscher umwälzbar ist.
Vakuum-Tsmmeröfen dieser Art sind bekannt. Sie werden vor allem zum Härten von Werkstücken und für andere Wärmebehandlungen benutzt. In der Regel bestehen die Wärmebehandlungen darin, die Werkstücke innerhalb der Heizkammer auf eine bestimmte Temperatur zu erwärmen und sie dann nach werkstoffbedingten Vorgaben oder nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten wieder abzukühlen.
Zu diesen'Zweck sind derartige Vakuum-Öfen mit einer integrierten Gas-Schnellkühleinrichtung ausgerüstet.
eier der gusgestaltung einer solchen Eühleinrichtung sind neben verfahrenstechnischen auch wirtschaftliche Gründe zu berücksichtigen. Wichtig für eine Kühl ein richtung sind eine gute Anpassung der Gas strömung an den Chargenaufbau, eine gleichmäßige Eühlgeschwindigkeit innerhalb einer Charge und innerhalb eines einzelnen Werkstückes und nicht zuletzt die Möglichkeit, die Eühlgeschwindigkeit unterschiedlich großen Chargen einfach und wirtschaftlich anpassen zu können, um nur einige Rauptforderungen zu nennen. Auch kommt es auf eine gute Regelbarkeit des Kühlprozesses in bezug auf unterschiedliche Solltemperatur-Verläufe der Charge an.
Die, verfahrenstechnischen Anforderungen beruhen in erster Linie darauf, daß es bei derartigen Wärmebehandlunten wichtig ist, gezielte Veränderungen von Werkstoffeigenschaften zu erreichen und zugleich einen Verzug der Werkstücke zuverlässig zu verhindern. Die wlrtschaftlichen Gründe ergeben sich aus der allgemeinen Forderung, bei allen vorkommenden Behandlungæprozessen eine möglichst kostengünstige Verfahrensweise zu erreichen.
Die bislang für diese Zwecke eingesetzten Kammerofen sind im Hinblick auf die vorgenannten Forderungen noch nicht zufriedenstellend. Dies gilt vor allem dann, wenn eine hohe und zugleich gleichmäßige Kühlgeschwindigkeit gefordert ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Vakuum-Kammerofen bezüglich seiner Gas-Schnellkühleinrichtung so zu gestalten, daß die bestehenden Forderungen besser als bisher erfüllt werden können, d.h. vor allem, daß bei den vorkommenden Chargen und Werkstücken während ihrer Abkühlungeine gute Anpassung an die werkstoffbedingten Vorgaben auf einfache Weise möglich ist, Verzug der Werkstücke vermieden wird und insgesamt ein guter Wirkungsgrad gegeben ist.
Bei einem Vakuum-Kammerofen in der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für einen abwechselnden GaseinlaB in die Heizkammer zur Erzielung von Gasströmungen in entgegengesetzten Richtungen in zwei einander gegenüberstehenden, zur waagerechten Beschickungsrichtung parallelen Wänden jeweils mehrere kleinere Öffnungen oder eine große Öffnung enthalten sind und daß die benachbarten, gleich orientierten Wände an ihren Rändern jeweils einen parallel zur angrenzenden Wand verlaufenden Längsspalt für den Gasauslaß aufweisen, von denen jeweils die beiden in verschiedenen Wänden befindlichen Längsspalte zugleich mit den Einlaßöffnungen (bzw. der Einlaßöffnung) in der Wand auf der anderen Kammerseite zu öffnen bzw.
zu schließen sind.
Zweckmäßig ist es, als Einlaßöffnungen eine Vielzahl von Düsenöffnungen in den betreffenden Wänden der Kammer vorzusehen, die auf einer die Umrisse der möglichen Charge überdeckenden Fläche gleichmäßig verteilt sind.
Die in der Kammer in entgegengesetzten Richtungen erzeugten Gasströmungen können entweder senkrecht oder waagerecht verlaufen. Für den erstgenannten Fall befinden sich die Einlaßöffnungen in der Decke und im Boden der Kammer, während sie im zweiten Fall in den die Seitenwände der Kammer bildenden Wänden enthalten sind.
Die gewünschte Lenkung der Gasströme außerhalb der Heizkammer wird zweckmäßigerweise dadurch bewirkt, daß in dEm Zwischenraum zwischen Ofengehäuse und Heizkammer durch Leitbleche ein von der Druckseite des Gebläses ausgehender geschlossener Strömungskanal gebildet ist, der teilweise von den Neizkammerwänden mit den Einlaßöffnungen begrenzt ist und daß durch weitere Leitbleche ein an die Saugseite des Gebläses anschließender geschlossener Strömungsraum gebildet ist, der teilweise von den Heizkammerwänden mit den Auslaßspalten begrenzt ist.
Zweckmäßigerweise ist als Verschlußelement für die Einlaßöffnungen eine einheitliche bewegliche Platte vorgesehen. Die Verschlußelemente der Längsspalte bestehen dagegen vorteilhafterweise jeweils aus einer an der angrenzenden Wand mit den Einlaßöffnungen schwenkbar gelagerten Klappe. Für das Bewegen der Verschlußelemente sind einzeln wirkende Stellgeräte, vorzugsweise Hubzylinder, vorgesehen.
Ein wesentlicher Vorteil, der durch die Erfindung erzielt wird, besteht darin, daß während eines Eühlprozesses die Richtung des Kühlgasstromes innerhaD der Kammer um 1800 umgekehrt werden kann. Weiterhin bietet die Erfindung den Vorteil, daß je nachden Gegebenheiten des Chargenaufbaues eine Ofenlage entweder für eine vertikale -oder horizontale Kühlgasströmung innerhalb der Kammer ausgelegt werden kann. Eine besonders vorteilhafte Lösung bietet die Anwendung von Düsenöffnungen als Einlaßöffnungen in den betreffenden Wänden der Kammer. Mit Hilfe solcher Düsenöffnungen kann das Eühlgas dem ganzen Nutzraumquerschnitt in gleichmäßiger Verteilung zugeführt werden, was wichtig ist für eine möglichst gleichmäßige Beaufschlagung eines größeren Werkstückes oder einer Charge, die aus einer Vielzahl kleinerer Werkstücke besteht.
Die Erfindung bietet ferner den Vorteil, daß ein vorprogrammierter Abkühlverlauf eingehalten werden kann, indem die Gasdurchlaßöffnungen in Abhängigkeit von einer gewünschten Demperaturkarve geöffnet und geschlossen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt eines Vakuum-Kammerofens mit vertikaler Strömungsrichtung des Eühlgases in der Ebene der Linie I-I der Fig. 2, Fig. 2 einen senkrechten Längsschnitt des Vakuum-Kammerofens, Fig. 3 einen waagerechten Schnitt des Vakuum-Kammerofens in der Ebene der Linie II-II der Fig. 2 und Fig. 4 einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform eines Vakuum-Kammerofens mit waagerechter Strömungsrichtung des Kühlgases.
Der abgebildete Vakuum-Kammerofen besteht im wesentlichen aus einem doppelwandigen zylindrischen Stahlgehäuse 1, in dem eine Heizkammer 2 mit rechteckigen~ Umrissen angeordnet ist. Das Stahlgehäuse 1 ruht auf Füßen 3, die mit dem Gehäuse durch Verschweißen fest verbunden sind. Die stirnseitige Beschickungsöffnung des Stahlgehäuses 1 ist durch eine seitlich ausschwenk-*bare Tür 4 in Form eines kreisrunden Deckels verschlossen, die ebenfalls doppelwandig ausgebildet ist.
An der anderen Stirnseite ist am Stahlgehäuse 1 ein doppelwandiger Deckel 5 durch eine Flanschverbindung befestigt, der eine exzentrische Offnung aufweist, ig Adie^eine doppelwandig ausgebildete Haube 6 eingesetzt -ist,-die mit dem Deckel 5 verschweißt ist und deren Innenraum zur Aufnahme eines Gebläsemotors 7 dient, auf den nachfolgend noch eingegangen wird.
Der an einer Seite des Stahlgehäuses 1 angebrachte -in-kelige Rohrstutzen 8 dient zum Anschluß einer nicht dargestellten Evakuierungseinrichtung. i Die rechteckig ausgebildete Heizkammer 2 enthält zwei Seitenwände 9, zwei Stirnwände 10, einen Boden 11 und eine Decke 12. Tragendes Element der Heizkammer ist ein Stahlgehäuse, dessen Wände innen mit einem wärmeisoierenden Material, z.B. auf Keramik- oder Graphitbasis, ausgekleidet sind. Die. frontseitige Stirnwand 10 der ;Eeizkammer 2 ist abnehmbar.
Während der Behandlung ruht die Charge, die in der -De-ichnung der Einfachheit halber als rechteckiger Block 13 dargestellt ist, auf einer Tragkonstruktion"1'4, die senkrechte Stützen 15 aufweist, die den Boden 11 der Heizkammer 2 durchdringen und sich bis zur Innenwand des Stahlgehäuses 1 erstrecken. Weiter sind im Innern der Heizkammer 2 in der Nähe der Wandungen eine Anzahl von parallel zur Längsachse verlaufenden Heizstäben 16, vorzugsweise einer elektrischen Widerstandsheizung, angeordnet.
Im Boden 11 und in der Decke 12 sind eine Vielzahl von Düsenöffnungen 17 als Gaseinlaßöffnungen angebracht. Die in einer Wand befindlichen Öffnungen 17 sind mit Hilfe einer bewegbaren Platte 18 gleichzeitig zu verschließen bzw. zu öffnen. Zur Betätigung dieser Platte 18 ist im mantel des Stahlgehäuses 1 eine Kolben-Zylinderanordnung 19 angebracht. Die Einrichtungen für das VerschMbBen der Düsenöffnungen 17 in der Decke 12 und am Boden 11 stimmen überein. Es wurden daher für beide Einrichtungen dieselben Bezugszahlen gewählt.
Für den Austritt der Gas strömung aus der Heizkammer 2 sind in den Seitenwänden 9 jeweils an den Längskanten verschließbare Längsspalte;20 vorgesehen. Als Ver8chlußelement dient Je eine am Boden 11 bzw. an der Decke 12 schwenkbar gelagerte Klappe 21. Die an einer Heizkammer vorgesehenen vier Klappen 21 sind untereinander gleich ausgebildet. Für das Bewegen Jeder Klappe 21 ist Jeweils eine Kolben-Zylinderanordnung 22 vorgesehen, die ebenfalls in der Wandung des Stahlgehäuses 1 angebracht ist.
Der bereits erwähnte- Motor 7 ist Bestandteil eines Gebläses 23, zu dem ein auf der Welle des Motors befestigtes Schaufelrad gehört, mittels dessen das Gas innerhalb des Ofens umwälzbar ist, wobei der Gasstrom vor dem Eintritt in das Gebläse 23 einen Gaskühler 24 in der durch' Pfeile angedeuteten Richtung durchströmt. Das eigentliche Kühl element des Gaskühlers 24 ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Die gewünschte Lenkung der Gas strömung außerhalb der Heizkammer 2 wird durch den Einbau von Leitblechen bewirkt. Ein erster Strömungskanal geht von der Druckseite des Gebläses 23 aus und ist durch Leitbleche 25 sowie achsparallele Leitbleche 26 auf der Oberseite und achsparallele Leitbleche 27 auf der Unterseite der Heizkammer 2 begrenzt. Den Abschluß dieses Strömungskanals bildet ein Abschlußblech 28.
Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, wird dieser Strömungskanal teilweise von den Wandungen 12, 11 der Heizkammer 2 begrenzt, die die Einlaßöffnungen 17 enthalten. Je nach dem, welches der Verschlußelemente 18 geöffnet ist, wird die unter Druck zugeführte Gasströmung von oben oder von unten in die Heizkammer 2 eintreten.
Fin weiterer Strömungsraum zwischen Gehäuse 1 und Heizkammer 2 schließt an die Saugseite des Gebläses 23 an, der der Kühler 24 vorgelagert ist. Den Abschluß dieses Strömungsraumes an der Eingangseite der Heizkammer 2 bilden zwei Bleche 29, von denen Jedes im wesentlichen die Grundrißform eines Kreisabschnittes hat, dessen Kreislinie der Kreislinie der inneren Mantelfläche des Gehäuses 1 entspricht. Dieser Strömungsraum ist teilweise begrenzt von den Seitenwänden 9 der Heizkammer 2, so daß die aus den jeweils geöffneten Längsspalten 20, sei es am Boden 11 oder an der Decke 12, aus der Heizkammer 2 austretenden Gasströme über diesen Strömungsraum zum Gaskühler 24 und damit zur Saugseite des Gebläses 23 gelangen.
Durch die in dieser Weise ausgebildeten in sich abgeschlossenen Strömungsräume für die Druckströmung einerseits und die Saugströmung andererseits können die unter schiedlichen Betriebsarten hinsichtlich der Strömung richtung innerhalb der Heizkammer 2 durch sinngenäßes Öffnen bzw. Schließen der jeweiligen Verschlußelemente 18 bzw. 21 bewirkt werden, ohne daß eine änderung der Betriebsweise des Gebläses 23 erforderlich ist.
Die in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichten Stellungen der Verschlußelemente 18 und 21 entsprechen einer vertikal von oben nach unten verlaufenden Gasströmung inner- halb der Heizkammer 2, wie sie durch die ausgezogenen Pfeile angedeutet ist. Eine entgegengesetzte Strömung ergibt sich, wenn beide Längsspalte 20 am Boden 11 und die Öffnungen 17 in der Decke 12 geschlossen und stattdessen beide Längsspalte-an der Decke 12 sowie die Offnungen 17 im Boden 11 geöffnet werden. Angedeutet ist die entgegengesetzte Richtung der Gas strömung in Fig. 1 durch die gestrichelten Pfeile.
Während der Abkühlphase kann das umgewälzte Kühlmittel im Innern der Heizkammer 2 entweder nur von oben oder unten tder auch abwechselnd in beiden Richtungen strömen, Der wechselnde Betrieb hinsichtlich der Strömungsrichtung bietet die Möglichkeit, die Charge 13 wechselseitig der Strömung des Kühlmediums auszusetzen, wodurch wesentlich bessere Voraussetzungen für die Erzielung einer gleichmäßigen Kühlgeschwindigkeit innerhalb der Charge bzw. der einzelnen Werkstücke geschaffen werden als bei einer Strömung in ein und derselben Richtung.
In Fig. 4 ist ein Vakuum-Kammerofen veranschaulicht, bei dem die Kühlgase die Heizkammer in waagerechter Richtung durchströmen, und zwar ebenfalls mit der Möglichkeit, die Strömung abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen führen zu können. Die für den Einlaß und den Auslaß der Gasströmung vorgesehenen Elemente sind die gleichen wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3. Es wurden daher für diese Elemente dieselben Bezugszahlen verwendet.

Claims

Vakuum-Eammerofen P a t e n t a n s p r ü ch e 0 Vakuum-Eammerofen zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken mit einer in einem Gehäuse befindlichen Heizkammer mit im wesentlichen rechteckigen Umrissen, deren Wände verschließbare Offnungen zum Durchleiten eines Ilühlgases aufweisen, das mit Rilfe eines Gebläses über einen Wärmetauscher umwälzbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß für einen abwechselnden 1 Gaseinlaß in die Heizkammer zur Erzielung von Gasströmungen in entgegengesetzten Richtungen in zwei einander gegenüberstehenden, zur waagerechten Beschickungsrichtung parallelen Wänden jeweils mehrere kleinere Offnungen oder eine große öffnung enthalten sind und daß die benachbarten, gleich orientierten Wände an ihren Rändern jeweils einen parallel zur angrenzenden Wand verlaufenden Längsspalt für den Gasauslaß aufweisen, von denen jeweils die beiden in verschiedenen Wänden befindlichen Längsspalte zugleich mit den Einlaßöffnungen (bzw. der Einlaßöffnung) in der Wand auf der anderen Xammerseite zu öffnen bzw. zu schließen sind.
2. Vakuum-Kammerofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einlaßöffnungen (17) eine Vielzahl von Düsenöffnungen vorgesehen sind, die auf einer die Umrisse der Charge (13) überdeckenden Fläche in der Wand gleichmäßig verteilt sind.
3. Vakuum-Kammerofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen (17) in den den Boden (11) und die Decke (12) der Kammer (2) bildenden Wänden enthalten sind.
4. Vakuum-Xammerofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen (17) in den die Seitenwände (9) der Kammer (2) bildenden Wände enthalten sind.
5. Vakuum-Kammerofen nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zwischenraum zwischen Ofengehäuse (1) und heizkammer (2) durch Leitbleche (25, 26, 27 u. 28) ein von der Druckseite des Gebläses (23) ausgehender geschlossener Strömungskanal gebildet ist, der teilweise von den Seizkammerwänden (12, 11) mit den Einlaßöffnungen (17) begrenzt ist und daß durch weitere Leitbleche (29, 30) ein an die Saugseite des Gebläses (23) anschließender geschlossener Strömungsraum gebildet ist, der teilweise von den Beizkammerwänden (9) mit den uslaßspalten (21) begrenzt ist.
6. Vakuum-Esmmerofen nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Verschlußelement für die Einlaßöffnungen (17) eine einheitliche bewegliche Platte (18) vorgesehen ist.
7. Vakuum-Kammerofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement der Längsspalte (20) aus einer jeweils an der angrenzenden Wand mit den Einlaßöffnungen schwenkbar gelagerten Klappe (21) besteht.
8. Vakuum-Eammerofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für das Bewegen der Verschlußelemente jeweils eine Xolben-Zylinderanordnung (19) vorgesehen ist.