DE3224971C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuum-Schachtofen zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken mit einer von einem Gehäuse umschlossenen im wesentlichen zylin­ drischen Heizkammer, die oben von einer Decke und unten von einem Boden abgeschlossen ist und deren Wände ver­ schließbare Öffnungen zum Durchleiten eines Kühlgases aufweisen, das mit Hilfe eines Gebläses über einen Wärmetauscher umwälzbar ist.

Vakuumöfen dieser Art, die neben einer Heizeinrichtung eine integrierte Gas-Schnellkühleinrichtung aufweisen, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Für die An­ forderungen an die Kühleinrichtung sind neben verfahrens­ technischen auch wirtschaftliche Gründe maßgeblich. Zu den Hauptanforderungen gehören eine gute Anpassung der Gasströmung an den Chargenaufbau, eine gleichmäßige Kühlgeschwindigkeit innerhalb einer Charge und inner­ halb eines einzelnen Werkstückes und nicht zuletzt die Möglichkeit, die Kühlgeschwindigkeit unterschiedlich großen Chargen in einfacher und wirtschaftlicher Weise anpassen zu können. Auch kommt es auf eine gute Regel­ barkeit des Kühlprozesses auf unterschiedliche Solltem­ peratur-Verläufe der Charge an. Die verfahrenstechni­ schen Anforderungen rühren in erster Linie daher, daß es bei derartigen Wärmebehandlungen darauf ankommt, ge­ zielte Veränderungen von Werkstoffeigenschaften zu er­ reichen und zugleich einen Verzug der Werkstücke zu vermeiden. In wirtschaftlicher Hinsicht wird angestrebt, bei den vorkommenden Behandlungsprozessen eine möglichst kostengünstige Verfahrensweise zu erreichen.

Da Vakuum-Schachtöfen dieser Art in der Regel für Wärmebehandlungen größerer Chargen bzw. größerer Werk­ stücke eingesetzt werden, haben sie entsprechend groß bemessene Nutzräume. Bei solchen Öfen ist es besonders schwierig, bei Werkstücken, deren Werkstoffe eine hohe Abkühlgeschwindigkeit erfordern, Verzüge während einer Wärmebehandlung zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vakuum- Schachtofen hinsichtlich seiner Einrichtungen zur Ab­ kühlung der wärmebehandelten Charge mit Hilfe einer Gasströmung so zu gestalten, daß die thermischen An­ forderungen während eines Kühlprozesses besser als bis­ her erfüllbar sind, d. h. vor allem, daß bei den vor­ kommenden unterschiedlichen Chargen und Werkstücken bei der Abkühlung eine gute Anpassung an die werkstoff­ bedingten Vorgaben auf einfache Weise möglich ist, indem insbesondere das Kühlgas gezielt in die Bereiche der Charge bzw. der Werkstücke geleitet werden kann, wo Wärme abgeführt werden muß, und wobei zugleich eine kostengünstige Arbeitsweise möglich sein soll.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Vakuum-Schachtofen in der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß da­ durch, daß die Decke der Heizkammer außen von einer am Rand derselben abgedichteten Haube an die Saugseite des Gebläses angeschlossen ist und der Zwischenraum zwischen Heizkammer und Ofengehäuse seitlich und unter­ halb der Heizkammer mit der Druckseite des Gebläses in Verbindung steht und daß in der Decke verschließ­ bare Auslaßöffnungen und in der Seitenwand sowie im Boden der Heizkammer verschließbare Einlaßöffnungen vorgesehen sind.

Zur Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung der Gas­ strömung innerhalb der Heizkammer ist es zweckmäßig, in der Decke und im Boden der Heizkammer eine Vielzahl von Öffnungen vorzusehen und diese jeweils über die ge­ samte Fläche zu verteilen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, die bewegbaren Abdeckungen der Öffnungen in der Decke einerseits und im Boden andererseits über ein Gestänge mit synchron zu betäti­ genden Stellgeräten zum Öffnen bzw. Schließen, vorzugs­ weise je drei Hubzylinder für die Abdeckungen der Öff­ nungen in der Decke einerseits und im Boden anderer­ seits, zu verbinden. In besonderen Fällen kann es auch vorteilhaft sein, für die Abdeckungen der Einlaßöff­ nungen im Boden der Heizkammer Einzelbetätigungen vor­ zusehen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in der Seitenwand der Heizkammer in der Umfangsrichtung in mehreren übereinanderliegenden Ebenen jeweils mehrere Einlaßöffnungen gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet. Um die Gasströme an unterschiedlichen Stellen hinsichtlich der Höhe und der Umfangsrichtung einleiten zu können, sind die Einlaßöffnungen in der Seitenwand mit Einzelabdeckungen und einzeln zu be­ tätigenden Stellgeräten, z. B. Hubzylinder, ausgestattet.

Die Seitenwand der Heizkammer kann im Grundriß auch als Vieleck ausgebildet sein. Dies hat u. a. den Vorteil, daß die Einlaßöffnungen in einem geraden anstelle eines gekrümmten Wandabschnitts liegen und somit auch die Abdeckungen als ebene Platten ausgebildet sein können, was die Herstellung vereinfacht und auch für die Ab­ dichtung günstiger ist.

Um eine möglichst kompakte Bauform zu erreichen, sind nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Ge­ bläse und der Gaskühler innerhalb des Gehäuses ange­ ordnet. Ebenso ist eine externe Anordnung von Gebläse und Gaskühler möglich.

Die Erfindung bietet zunächst den Vorteil, daß sich innerhalb der Heizkammer Gasströmungen in vertikaler Richtung und/oder horizontaler Richtung in verschie­ denen Höhenlagen und an unterschiedlichen Stellen des Umfangs erzeugen lassen. Auf diese Weise können aus­ gewählte Bereiche einer Charge ständig oder zeitweilig gezielten Strömungen des Kühlgases ausgesetzt werden. Durch die Anwendung von Temperaturdifferenz-Meßeinrich­ tungen in der Charge können mit Hilfe einer Programm­ steuerung die Einlaßöffnungen derart gesteuert werden, daß ein gewünschter automatischer Kühlprozeß mit wechselnden Kühlbeeinflussungen erreicht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel eines Vakuum-Schacht­ ofens schematisch dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Axialschnitt des Vakuum- Schachtofens und

Fig. 2 einen Querschnitt im Bereich der Heizkammer des Vakuum-Schachtofens.

Der abgebildete Vakuum-Schachtofen besteht im wesent­ lichen aus einem doppelwandigen zylindrischen Stahl­ gehäuse 1, in dem eine Heizkammer 2 in Polygonform angeordnet ist. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Seitenwand der Heizkammer 2 als 12-Eck ausgebildet. Der untere Deckel 3 des Stahlgehäuses 1 ist abnehmbar und kann ähnlich wie bei einem Hubwagen-Ofen gemeinsam mit dem Boden 4 der Heizkammer 2 und einer Tragkonstruktion 5 für das Auflegen der Charge 6 nach unten abgesenkt werden. Die Charge ist in der Zeichnung der Einfachheit halber als zylindrischer Block dargestellt, der auf einem Rost 7 oder dergleichen der Tragkonstruktion 5 ruht, von der nur einzelne Stützen dargestellt sind, die den Boden 4 der Heizkammer 2 durchdringen und am unteren Deckel 3 befestigt sind.

In der oberen Decke des Stahlgehäuses 1 befindet sich ein von einer Öffnung ausgehendes Rohrstück 8 mit einem Außenflansch, an dem der Außenflansch einer Haube 9 be­ festigt ist. Zwischen den beiden Flanschen ist eine Tragscheibe 10 verspannt, die zur Halterung eines Ge­ bläsemotors 11 dient, auf den nachfolgend noch einge­ gangen wird.

Den oberen Abschluß der Heizkammer 2 bildet eine Decke 12. Tragendes Element der Heizkammer 2 ist ein Stahl­ gehäuse, dessen Wände innen mit einem wärmeisolierenden Material, z. B. auf Keramik- oder Graphitbasis, ausge­ kleidet sind. Im Innern der Heizkammer 2 sind nahe der Seitenwand 13 in der Umfangsrichtung mit gleichem Ab­ stand voneinander parallel zur senkrechten Mittenachse Heizstäbe 14, beispielsweise einer elektrischen Wider­ standsheizung, angeordnet. Weitere Heizstäbe 15 be­ finden sich unterhalb der Decke 12 und oberhalb des Bodens 4.

In der Seitenwand 13 der Heizkammer 2 sind in drei übereinanderliegenden Ebenen verschließbare Gaseinlaß­ öffnungen 16 enthalten, wobei in einer Ebene jeweils sechs Einlaßöffnungen 16 vorgesehen sind (vgl. Fig. 2). Jede dieser Einlaßöffnungen 16 ist mit Hilfe einer schwenkbar gelagerten Klappe 17 zu verschließen. In der Schnittansicht sind in der linken Hälfte die Öffnungen geschlossen und in der rechten Hälfte geöffnet darge­ stellt. Betätigt wird jede einzelne Klappe 17 mit Hilfe eines Hubzylinders 18, der außen am Stahlgehäuse 1 ge­ halten ist und dessen Kolbenstange 19 das Stahlgehäuse 1 in einer Bohrung durchdringt. Die Einlaßöffnungen 16 können übereinander in gradlinigen Reihen oder auch versetzt zueinander angeordnet sein.

Weitere Gaseinlaßöffnungen 20 befinden sich im Boden 4 der Heizkammer 2. Die Abdeckungen 21 stehen mit einem gemeinsamen Gestänge 22 in Verbindung, an das die Kol­ benstangen 23 von drei symmetrisch verteilten Hubge­ räten 24 angreifen. Mit Hilfe der Hubgeräte 24 können die Abdeckungen 21 gleichzeitig aus der Schließ- in die Offenstellung und umgekehrt bewegt werden.

Öffnungen für den Austritt der Gasströmung aus der Heizkammer 2 befinden sich ausschließlich in der Decke 12. Diese Öffnungen 25 sind auf der gesamten Fläche der Decke 12 verteilt. Im Hinblick auf die maximale Gas­ strömung sind die Einzelöffnungen größer ausgebildet als die Einlaßöffnungen 20 im Boden 4. Auch hier sind die Abdeckungen 26 mit einem gemeinsamen Gestänge 27 verbunden, welches seinerseits mit den Enden der Kol­ benstangen 28 von drei Hubzylindern 29 verbunden ist.

Die Decke 12 der Heizkammer 2 ist außen von einer am Rand derselben abgedichteten Haube 30 umgeben, die mit einer zentralen Öffnung an die Saugseite eines Gebläses 31 anschließt, dessen Schaufelrad auf der Ausgangswelle des bereits erwähnten Motors 11 befestigt ist. Sowohl auf der Saugseite als auch auf der Druckseite des Ge­ bläses 31 sind rotationssymmetrisch ausgebildete Gas­ kühler 32 und 33 angeordnet. Das aus der Heizkammer 2 durch die Öffnungen 5 austretende Gas gelangt über den Gaskühler 32 in das Gebläse 31, von hier über den Gas­ kühler 33 in den Ringraum zwischen Stahlgehäuse 1 und Heizkammer 2, von wo es über die jeweils geöffneten Einlaßöffnungen 16 bzw. 20 wieder in das Innere der Heizkammer 2 eintritt.

Die auf diese Weise erzeugte Umwälzströmung kann nun in bezug auf das Eintreten der gekühlten Gasströmung in das Innere der Heizkammer 2 in vielfältiger Weise beeinflußt und gelenkt werden. Während die Gasauslaß­ öffnungen 25 im gesamten Verlauf eines Kühlvorganges geöffnet bleiben, können die Gaseinlaßöffnungen 16 in der Seitenwand 13 bzw. die Gaseinlaßöffnungen 20 im Boden 4 in unterschiedlichen Kombinationen geöffnet und geschlossen werden. Dadurch lassen sich vertikale oder horizontale Gasströmungen in verschiedenen Rich­ tungen erzeugen. Die aus den Öffnungen 16 in der Seiten­ wand 13 eintretenden Kühlgasströme können sich hierbei je nach Art der Gestalt der Charge 6 auf einer Kreis- bzw. Schraubenlinie in Richtung auf die in der Decke 12 befindlichen Auslaßöffnungen 25 bewegen. Hierbei kann eine gewünschte Tangentialbewegung der Gasströme nach dem Verlassen der Einlaßöffnungen 16 in der Seitenwand 13 durch entsprechende Leitelemente bewirkt bzw. ge­ fördert werden.

Claims (7)

1. Vakuum-Schachtofen zur Wärmebehandlung von metalli­ schen Werkstücken mit einer von einem Gehäuse umschlos­ senen im wesentlichen zylindrischen Heizkammer, die oben von einer Decke, und unten von einem Boden abgeschlossen ist und deren Wände verschließbare Öffnungen zum Durch­ leiten eines Kühlgases aufweisen, das mit Hilfe eines Gebläses über einen Wärmetauscher umwälzbar ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Decke (12) der Heizkammer (2) außen von einer am Rand der­ selben abgedichteten Haube (30) an die Saugseite des Gebläses (31) angeschlossen ist und der Zwischenraum zwischen Heizkammer (2) und Ofengehäuse (1) seitlich und unterhalb der Heizkammer (2) mit der Druckseite des Gebläses (31) in Verbindung stehen und daß in der Decke (12) verschließbare Auslaßöffnungen (25) und in der Seitenwand (13) sowie im Boden (4) der Heizkammer (2) verschließbare Einlaßöffnungen (16 bzw. 20) vorge­ sehen sind.

2. Schachtofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (25 bzw. 20) in der Decke (12) und im Boden (4) der Heizkammer (2) jeweils über die gesamte Fläche verteilt sind.

3. Schachtofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die bewegbaren Abdeckungen (26 bzw. 21) der Öffnungen in der Decke (12) einerseits und im Boden (4) andererseits jeweils über ein Gestänge (27 bzw. 22) mit synchron zu betätigenden Stellgeräten zum Öffnen bzw. Schließen, vorzugsweise je drei Hubzylinder (29 bzw. 24) für die Abdeckungen der Öffnungen in der Decke (12) einerseits und im Boden (4) andererseits, verbunden sind.

4. Schachtofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Seitenwand (13) der Heiz­ kammer (2) in der Umfangsrichtung in mehreren überein­ anderliegenden Ebenen jeweils mehrere Einlaßöffnungen (16) gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind.

5. Schachtofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen (16) in der Seitenwand (13) mit Einzelabdeckungen (17) und einzeln zu betätigenden Stellgeräten, z. B. Hubzylinder (18), ausgestattet sind.

6. Schachtofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (13) der Heizkammer (2) im Grundriß eine Polygonform hat.

7. Schachtofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (31) und der Gaskühler (32, 33) innerhalb des Ofengehäuses (1) angeordnet sind.