DE3223224C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrkammer-Tunnelvakuumofen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Im allgemeinen werden Vakuumöfen verwendet zum Schmel­ zen oder Hartlöten von metallischen Werkstücken, z. B. von Aluminiumwerkstücken. Man benötigt eine solche Appa­ ratur primär aufgrund der Tatsache, daß das Metall durch atmosphärischen Sauerstoff oxidiert wird, so daß das Werkstück selbst oder die Verbindungsstellen beeinträch­ tigt werden. Fig. 1 zeigt ein typisches Beispiel eines herkömmlichen Vakuumofens für solche Zwecke. Er besteht aus horizontal angeordnet, zylindrischen Körpern, näm­ lich einem eigentlichen Ofen 1, einer Vorkammer 3 für die Einführung von Werkstücken. Diese steht in Verbin­ dung mit dem eigentlichen Ofen 1 über eine Vakuumtrenn­ schleuse 2. Ferner ist eine nachgeschaltete Kammer 4 vorgesehen für die Entnahme der Werkstücke, welche wieder­ um mit dem eigentlichen Ofen 1 über eine Vakuumtrenn­ schleuse 2′ in Verbindung steht. Durch den eigentlichen Ofen 1 erstreckt sich eine Förderanordnung 5 für den Transport der Werkstücke.

Während der Behandlung eines Werkstücks A sind beide Schleusen 2 und 2′ geschlossen, so daß der eigentliche Ofen 1 und die Kammern 3 und 4 unabhängig voneinander in einem luftdicht abgeschlossenen Zustand gehalten wer­ den. Die Ofenkammer 1 wird unter vorbestimmten Vakuumbe­ dingungen gehalten und im Normalzustand auf einer zweck­ entsprechenden Vorheiztemperatur gehalten. Die Tür 6 wird geöffnet und ein Werkstück A wird in die Vorkammer 3 eingeführt, und diese wird wiederum geschlossen. Nun wird die Kammer 3 in einem Maße evakuiert, welches im wesentlichen dem Vakuum in der Ofenkammer 1 entspricht. Nun wird die Schleuse 2 geöffnet und die Vorkammer 3 wird mit der Ofenkammer in Verbindung gebracht. Danach wird das Werkstück A aus der Vorkammer 3 in die Ofen­ kammer 1 bewegt und die Schleuse 2 wird geschlossen, so daß die Verbindung zwischen der Ofenkammer 1 und der Vor­ kammer 3 unterbrochen wird. Nun wird die Ofenkammer 1 auf den gewünschten hohen Temperaturwert gebracht, wobei das Vakuum aufrechterhalten wird. Dabei wird das Werk­ stück A in der gewünschten Weise behandelt oder bearbei­ tet. Nach der Beendigung der Wärmebehandlung wird die Schleuse 2′ geöffnet und die Ofenkammer 1 gelangt in Verbindung mit der nachgeschalteten Kammer 4, welche zuvor auf das in der Ofenkammer 1 herrschende Vakuum gebracht wurde. Das Werkstück A wird nun von der Ofen­ kammer 1 in die nachgeschaltete Kammer 4 bewegt, und zwar mit Hilfe des Transportsystems 5. Nach der Unter­ brechung der Verbindung zwischen der Ofenkammer 1 und der nachgeschalteten Kammer 4 durch Betätigung der Schleuse 2′ wird die nachgeschaltete Kammer auf Atmo­ sphärendruck gebracht und das Werkstück A wird durch Öffnen einer Tür 7 entnommen.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform befinden sich die Ofenkammer 1 und die vorgeschaltete Kammer 3 und die nachgeschaltete Kammer 4 auf der gleichen Höhe. Dies hat zur Folge, daß die Schleusen 2 und 2′, welche eben­ falls auf gleicher Höhe mit dem Ofen 1 liegen, der di­ rekten Strahlungswärme ausgesetzt sind und somit während des Betriebs des Ofens aufgeheizt werden. Es muß be­ merkt werden, daß unter den Vakuumbedingungen der Konvek­ tionswärmetransport keine Rolle spielt. Jedenfalls wird durch die Wärmeeinstrahlung eine Deformation der Schleu­ sen hervorgerufen oder die Schmiereigenschaften der gleitenden Teile gehen verloren, so daß sowohl beim Schließen als auch beim Öffnen Schwierigkeiten auftreten, und es ist schwierig, einen luftdichten Verschluß auf­ rechtzuerhalten. Ferner kommt es zu bestimmten Deforma­ tionen des Fördersystems, z. B. eines Förderbandes oder einer Förderkette zum Transport der Werkstücke A aus der Kammer 3 in die Kammer 4 durch die Ofenkammer 1. Dies führt zu praktischen Störungen beim Betrieb des Ofens, und diese Störungen sind insbesondere bei groß­ dimensionierten Öfen erheblich.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, bei einem Tunnelofen gemäß Oberbegriff eine Beschädigung der Schleusen durch Hochtemperaturbeanspruchung zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch den Hauptanspruch gelöst.

Bei dieser Anordnung vermeidet man die direkte Bestrah­ lung der Vakuumschleusen entlang der Fördereinrichtung mit Strahlungswärme hoher Temperatur. Dies hat zur Folge, daß weder eine Wärmeverzerrung der Förderein­ richtung noch eine Wärmedeformation der Schleusen statt­ findet. Die Fördereinrichtung arbeitet somit stets ein­ wandfrei, und auch das Öffnen und Schließen der Schleu­ sen erfolgt ohne Störungen, und die Schleusen werden stets in einem zufriedenstellenden, luftdichten Zustand gehalten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines herkömmlichen Heizofens für kontinuierlichen Betrieb;

Fig. 2 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Heizofens für kontinuierlichen Betrieb; und

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Teilbereichs des erfindungsgemäßen Heizofens gemäß Fig. 2, wobei einige Bereiche weggeschnitten sind.

Der erfindungsgemäße Vakuumofen für Wärmebehandlungs­ zwecke hat mit dem herkömmlichen Ofen eine Reihe von Merkmalen gemeinsam, nämlich die Konstruktion aus sich in horizontaler Richtung erstreckenden, zylindrischen Körpern, welche eine Ofenkammer 101 bilden sowie eine Vorkammer 3 für die Aufnahme eines Werkstücks, welches über eine Trennvakuumschleuse 2 mit der eigentlichen Ofenkammer 101 in Verbindung steht, sowie eine nachge­ schaltete Kammer 4, welche der Entnahme des Werkstücks dient und über eine Trennvakuumschleuse 2′ in der eigent­ lichen Ofenkammer 101 in Verbindung steht. Ferner ist eine Fördereinrichtung 5 vorgesehen, welche aus einem Förderband besteht oder aus Schienen, einem Walzenla­ ger oder dergl. Diese Fördereinrichtung befindet sich auf dem Innenboden der eigentlichen Ofenkammer 1, der Vorkammer 3 und der nachgeschalteten Kammer 4. Ferner sind die Kammern 3 und 4 mit Türen 6 bzw. 7 versehen, die luftdicht verschließen.

Die Erfindung unterscheidet sich von dem herkömm­ lichen Vakuumofen in den folgenden Merkmalen, welche nun anhand der Fig. 2 und 3 erläutert werden sollen. Die eigentliche Ofenkammer 101 ist luftdicht mit einer Heiz­ kammer 102 verbunden, die in Form eines hohlen, zylindri­ schen Körpers vorliegt. Innerhalb der Heizkammer 102 be­ findet sich eine nicht dargestellte, bekannte Heizein­ richtung, z. B. eine elektrische Heizeinrichtung. Diese ist mit einer externen Temperaturregeleinrichtung 103 verbunden. Der obere Teil der Heizkammer 102 ist luft­ dicht mit einer Abdeckung 104 versehen.

Eine Hebevorrichtung 105 erstreckt sich unter hermetischer Abdichtung durch den Boden der eigentlichen Ofenkammer 101 und ist im wesentlichen entlang der Axiallinie der Heizkammer aufwärts- und abwärtsbewegbar. Die Hebevor­ richtung 105 umfaßt eine Hebesäule 106 und einen an ih­ rem oberen Ende befestigten Tisch 107. Die Hebesäule 106 ist an ihrem unteren Ende mit einer bekannten und nicht dargestellten Antriebsvorrichtung, z. B. einer hydraulischen Einrichtung, verbunden. Die Abmessungen des Tisches 107 sind derart gewählt, daß er zwischen ei­ nem Paar Schienen 5 a, 5 a, welche die Transporteinrich­ tung 5 bilden, hindurchbewegbar ist. Ein Wagen 108 trägt ein Werkstück A und ist auf den Schienen innerhalb der Kammer 3, der eigentlichen Ofenkammer 101 und der Kammer 4 bewegbar. Der Wagen 108 besteht z. B. aus einem Rahmen 110, welcher eine Öffnung 109 aufweist. Durch diese hin­ durch ist die Hebesäule 106 vertikal bewegbar, und zwar zusammen mit dem Tisch, welcher das Werkstück A aufnimmt.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel des Antriebsmechanismus für den Wagen 108. Dieser umfaßt eine Anzahl von Schienen 111 mit Zahnstangenverzahnung auf der Unterseite des Rahmens 110, welche sich parallel zur Schiene 5 a er­ strecken. Ferner ist eine Vielzahl von Zahnrädern 114 vorgesehen, welche mit den Zahnstangenverzahnungen käm­ men. Jedes Zahnrad 114 ist am Ende einer Welle 113 befe­ stigt, welche sich unter hermetischer Abdichtung durch die Seitenwandungen der Kammer 3, der Ofenkammer 101 und der Kammer 4 erstrecken. Jede Welle 113 ist am ande­ ren Ende mit einem Antriebsmotor 112 verbunden. Die An­ zahl der Zahnräder 114 hängt ab von der Länge des Wagens 108 und kann so gewählt werden, daß der Wagen 108 kon­ tinuierlich und ohne Schwierigkeiten auf den Schienen 5 a bewegt werden kann.

Der erfindungsgemäße Vakuumheizofen arbeitet folgender­ maßen. Im Betrieb sind beide Schleusen 2 und 2′ luft­ dicht geschlossen, so daß die Verbindung zwischen der eigentlichen Ofenkammer 101 und den Kammern 3 und 4 unterbrochen ist. Die Ofenkammer 101 wird sodann durch eine nichtgezeigte Evakuiereinrichtung auf das gewünschte Vakuum gebracht. Nun wird die Heizkammer 102 mit Hilfe der Temperaturregeleinrichtung 103 auf die gewünschte Temperatur gebracht. Nachfolgend wird die Tür 6 geöffnet und ein Werkstück A wird in die Kammer 3 eingeführt und auf den Wagen 108 gelegt, welcher zuvor eingefahren wurde. Nun wird die Tür 6 wieder verschlossen. Die Kam­ mer 3 wird sodann mit Hilfe einer nichtgezeigten Evakuier­ vorrichtung evakuiert. Nachdem der Unterdruck im wesent­ lichen gleich dem Unterdruck in der Ofenkammer 101 ist, wird die Schleuse 2 (Ventil) geöffnet. Eine Vielzahl von Antriebsmotoren 112 gemäß Fig. 3 wird nun sequentiell angetrieben, wobei die Zahnräder 114 rotieren. Hierdurch wird der Wagen 108 auf den Schienen 5 a bewegt. Das Werk­ stück A wird nun über die Hebevorrichtung 105 transpor­ tiert, welche in der Ofenkammer 101 untergebracht ist. Nun wird die Schleuse 2 geschlossen und die Hebevorrich­ tung 105 wird betätigt, so daß das Werkstück A in eine vorbestimmte Position innerhalb der Heizkammer 102 ge­ bracht wird. Die Heizkammer 102 wird mit Hilfe der Tem­ peraturregelvorrichtung 103 auf eine vorbestimmte Innen­ temperatur erhitzt, bei der das Werkstück A behandelt wird. Die Heizkammer 102 kann z. B. auf eine Temperatur von 500°C erhitzt werden. Die Wärmeleitung erfolgt da­ bei im wesentlichen durch Strahlungswärme, da die Ofen­ kammer 101 einschließlich der Heizkammer 102 unter Vakuum steht. Die getroffene Anordnung der Heizkam­ mer 102 im oberen Bereich über der Fördereinrichtung 5 verhindert im wesentlichen die Beaufschlagung der Trans­ porteinrichtung 5 mit der Strahlungswärme der Heizkam­ mer 102. Somit wird einerseits das Werkstück A innerhalb der Heizkammer 102 wirksam erhitzt, während andererseits die Menge der aus der Heizkammer 102 zur Fördereinrichtung 5 abgestrahlten Wärme verringert wird. Außerdem trifft die Strahlungswärme der Heizkammer 102 nicht auf die Vakuumschleusen 2 und 2′ auf. Hierdurch kann verhindert werden, daß die Schleusen 2 und 2′ durch Wärmeeinwirkung deformiert werden. Sie können daher jederzeit leicht und störungsfrei gehandhabt werden, und es wird stets ein luftdichter Schließzustand aufrechterhalten.

Nachdem das Werkstück in der Heizkammer 102 erhitzt wurde, wird es mit Hilfe der Hebevorrichtung 105 zum Wagen 108 zurückgebracht. Nun wird das Schleusentor 2′ geöffnet, und es wird die Verbindung zwischen der Ofenkammer 101 und der nachgeschalteten Kammer 4 hergestellt. Letztere wurde zuvor evakuiert, und zwar auf einen Unterdruck, der im wesentlichen dem Unterdruck in der Ofenkammer 101 entspricht. Die Antriebsmotoren 112 werden nun sequentiell angetrieben, wobei der Wagen 108 auf den Schienen 5 a be­ wegt wird. Hierdurch gelangt das Werkstück A aus der Ofen­ kammer 101 in die nachgeschaltete Kammer 4. Das Schleu­ sentor 2′ wird geschlossen, wobei die Verbindung zwischen der Kammer 4 und der Ofenkammer 101 unterbrochen wird. Nun wird die Kammer 4 auf Atmosphärendruck gebracht und die Tür 7 wird geöffnet. Nun kann das Werkstück A aus der Kammer 4 entnommen werden. Durch Wiederholung dieser Be­ triebssequenz kann eine Vielzahl von Werkstücken kontinu­ ierlich einer Wärmebehandlung unter Vakuum unterzogen werden.

Vorstehend wurde die Fördereinrichtung als ein Schienen­ paar beschrieben. Man kann jedoch auch andere Transport­ einrichtungen verwenden, z. B. Förderbänder, Förderketten, Walzenlager, Kugellager oder dergl.

Claims (6)

1. Tunnelvakuumofen für Wärmebehandlungszwecke mit einer Ofenkammer, einer Vorkammer für die Einführung eines Werkstücks in die Ofenkammer und einer nachgeschalteten Kammer für die Entnahme des Werkstücks aus der Ofenkam­ mer und mit Schleusentoren für die Trennung der Ofenkam­ mer von der vorgeschalteten und nachgeschaltete Kammer sowie mit einer Transporteinrichtung zum Transport des Werkstücks aus der vorgeschalteten Kammer durch die Ofen­ kammer in die nachgeschaltete Kammer, gekennzeichnet durch eine Teil der Ofenkammer (101) bildende Heizkammer (102), welche über dem Tunnelteil der Ofenkammer (101) angeordnet ist, und durch eine extern betätigbare Hebevorrichtung (105) in der Ofenkammer (101) zur Anhebung des auf der Förderein­ richtung (5) herantransportierten Werkstücks (A) in die Heizkammer (102).

2. Vakuumofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fördereinrichtung (5) zwei Schienen (5 a) umfaßt.

3. Vakuumofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fördereinrichtung (5) ein Förderband, eine Förderkette, eine Walzenfördervorrichtung oder eine Ku­ gellagerfördereinrichtung ist.

4. Vakuumofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Hebevorrichtung (105) eine Hebesäule (106) umfaßt, welche an einem Ende mit einer Antriebsvorrich­ tung verbunden ist und am oberen Ende einen Tisch (107) trägt.

5. Vakuumofen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Wagen (108) zum Transport des Werkstücks (A) auf den Schienen (5 a).

6. Vakuumofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wagen (108) auf der Unterseite eines Rah­ mens (110) Zahnstangenverzahnungen (111) trägt, welche sich parallel zu den Schienen (5 a) erstrecken und mit Zahnrädern (114) zusammenwirken, welche an einer Viel­ zahl von sich hermetisch durch die Seitenwandung des Vakuumofens erstreckenden und an ihren anderen Enden mit Antriebsmotoren (112) angetriebenen Wellen (113) be­ festigt sind.