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Einrichtung zur chemisch-thermischen Bearbeitung von
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Werkstücken aus metallischen Materialien in einer gesteuerten Atmosphäre
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur chemisch-thermischen Bearbeitung von
Werkstücken bzw. Bestandteilen aus metallischen Materialien in einer gesteuerten
Atmosphäre gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs.
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Die Mannigfaltigkeit an Erzeugnissen aus metallischen Materialien,
die vor der Umformuna in gesteuerten Atmosphären eine chemisch-thermische Bearbeitung
oder eine Erwärmung erfordern, hat zur Konstruktion von ortsfesten Mehrzwecköfen
geführt, wobei sich grundsätzlich die Kammerform für diese Ofen als günstig erwiesen
hat. Dieser Ofentyp weist einen indirekt mittels Strahlungsrohren durch Gas oder
Elektrizität geheizten Arbeitsraum auf und ist mit einer Vorkammer versehen, von
welcher er mittels einer Tür getrennt ist. Diese Vorkammer bildet einen wesentlichen
Ofenteil, weil sie mehrere Funktionen erfüllt. Im Unterteil der Vorkammer liegt
eine ölwanne, die zur Härtung der Werkstücke nach deren Entnahme aus dem Arbeitsraum
dient, und auch die Materialabkühlung z. B. von der Zementationstemperatur auf die
Härtetemperatur sicherstellen kann.
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Schließlich wird das in den Ofen eingeführte Material in diesem paum
von der Luft befreit. Die Vorkammer ist mit einer Tür versehen, die ihren Raum von
der Umgebung trennt
und weist eine eigene Schutzatmosphäre auf.
Zur Materialmanipulation in der Vorkammer ist ein separater Aufzug bestimmt, der
in der Vorkammerdecke gelagert ist und üblicherweise mit zwei übereinander angeordneten
Plattformen versehen ist. Während die obere Plattform zur Lagerung der in den Ofen
eintretenden und zur Durchspülung in dem Vorkammeroberteil bereitgestellten Materials
dient, ist die untere Plattform zur Entfernung der Werkstücke aus dem Ofen und zur
Beschickung des erwärmten Einsatzgutes in das Härteöl vorgesehen. Der Aufzug mit
den Plattformen ist üblicherweise hydraulisch betätigt. Weil in der Vorkammer Druckänderungen
im Schutzgas entstehen, sind ihre Türen nicht ganz abgedichtet, wobei die Eintrittsöffnung
meistens mit einer Flammenblende versehen ist. Der beschriebene Ofen ist oft durch
eine andere Einrichtung, wie z. B. einer Waschmaschine, einem Anlaßofen u. ä. ergänzt,
wobei die Verbindungseinrichtung durch einen auf Schienen vor den Stirnflächen dieser
Einrichtungen verfahrbaren Manipulator gebildet wird, der zur Beschickung und zur
Entnahme des Einsatzhutes aus den einzelnen Einrichtungen dient. Alle diese Einrichtungen
bilden eine Anlage, die mittels einer Automatik-Steuerung für die Materialbewegung,
die Temperatureinstellung, die Erzeugung der gewünschten Atmosphäre usw.
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betätigt wird.
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Obwohl also diese Einrichtungen sehr durchgebildet und technologisch
elastisch sind, weisen die Mehrzwecköfen doch noch manche Nachteile auf. So verursacht
z. B. die Härtebadlagerung auf dem Vorkammerboden, daß es bei der Härtung zu einer
Verdampfung von Öl kommt und die öldämpfe dann einerseits in den Ofenarbeitsraum
eindringen, wo sie
die Güte der gesteuerten Atmosphäre beeinträchtigen,
auf den Kaltstellen und den Vorkammereilen sowie auf der Oberfläche des eintretenden
und auf die Spülung wartenden Materials kondensieren, und andererseits die Möglichkeit
der Entstehung von sehr schwer beseitigbaren Kohlenansätzen bilden. In technischer
Hinsicht ist diese Einrichtung sehr kompliziert und jedwede Störung von irgendeinem
Teil, aber auch die laufende Wartung erfordern große Ausbauarbeiten und komplizierte
Reparaturen. Nachteile resultieren aber auch aus der Technologie der möglichen Wärmebehandlungsarten.
So werden z. B. manche Stähle besser aufgekohlt, wenn ihre Oberfläche mäßig, z.
B. bei der Erwärmung auf die Zementierungstemperatur, oxidiert wird, wobei auch
die auf der Oberfläche des Einsatzgutes bei der Beschickung haftende Luftmenge ausreicht.
Dies sollte aber in der Vorkammer mit ihrer Atmosphäre nicht vorkommen.
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Die Kühlung der Werkstücke nach der Zementierung auf die Härtetemperatur
läuft in einer nicht geheizten Vorkammer nicht organisiert ab. Für die Materialausnehmung
zur Pressehärtung ist es notwendig, in den Ofen eine weitere Manipulierungsöffnung
zu installieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Einrichtung der vorausgesetzten
Art so weiterzubilden, daß die geschilderten Nachteile behoben sind.
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Diese Aufgabe wird bei der genannten Einrichtung dadurch gelöst, daß
der Kammerwärmeofen eine in einer Schutzhaube angeordnete Tür aufweist und die Eintrittsöffnung
dieser Schutzhaube mit ihrer Stirnfläche in der Ebene sich befindet, in welcher
die Stirnfläche der Eintrittsöffnung der Kammerabdeckung des Härtebads liegt, daß
der Manipulator Beschickungsgabeln aufweist, die in einer Schutzhaube angeordnet
sind,
die eine Eintrittsöffnung aufweist, die in der unmittelbaren Nähe der Ebene der
Stirnfläche der Eintrittsöffnung des Kammerwärmeofens und der Stirn fläche der Eintrittsöffnung
der Kammerabdeckung des Härtebades liegt, und daß in jedem Seitenteil der Stirnfläche
der Eintrittsöffnung des Kammerwärmeofens und in der Ebene dieser Stirnfläche eine
Reflexionsplatte mit Zuleitungen für die gesteuerte Atmosphäre angechlossen ist,
die mit einem Flammen- oder Gasfächerrohr versehen ist.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung zur chemisch-thermischen
Bearbeitung von Werkstücken aus metallischen Materialien in einer gesteuerten Atmosphäre
liegt darin, daß die einzelnen Teileinrichtungen des Systems,besonders der Kammerwärmeofen,
das Härtebad und weitere technologisch zweckmäßige Einrichtungen, z. B. der Beschickungsrost,
in einer Reihe angeordnet sind und ihre Eintrittsöffnungen mit ihren Stirnflächen
in der gleichen Ebene liegen, wobei parallel zu der Lagerungslinie dieser Teileinrichtungen
des Systems der Manipulator auf einer vorher definierten Bahn bewegbar ist, dessen
Beschickungsgabeln in einer Schutzhaube eingeschlossen sind, deren Eintrittsöffnung
in einer unmittelbaren Nähe der Stirnfläche der Eintrittsöffnung sowohl des Kammerwärmeofens,
als auch des Härtebades liegt, das eine Kammerabdeckung zur öldampferfassung bei
der Härtung aufweist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, daß auch die
Tür des Kammerwärmeofens in einer Schutzhaube angeordnet ist, die eine Verschiebung
der Eintrittsöffnungsstirnfläche vor die Tür ermöglicht und zur Absaugung der bei
geöffneter Tür eingedrungenen Kammerwärmeofenatmosphäre dient. Die Einsatzgutspülung
führt
der mit der Schutzhaube versehene Manipulator durch, zur Abdeckung des Einsatzgutes
mit einer Schutzgas atmosphäre bei der Ubertragung von dem Kammerwärmeofen in das
Härtebad ist an jedem Seitenteil der Stirnfläche der Eintrittsöffnung des Kammerwärmeofens
und in der Ebene dieser Stirnfläche eine Reflexionsplatte mit einer Zuleitung für
die gesteuerte Atmosphäre angeschlossen, die mit einem Flammen- oder Gasfächerrohr
versehen ist, womit eine Wärmeabgabe von dem Einsatzgut in dem Manipulator verhindert
wird. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung liegt in der Einfachheit
der ganzen Einrichtung, insbesondere vom Wartungs- und Reparaturstandpunkt aus,
weil kein Systemteil kompliziert ist. Die ganze Einrichtung kann eine beliebige
Zahl von Kammerwärmeöfen umfassen, die sowohl zur Einsatzerwärmang- auf die Härtetemperatur,
als auch zum Anlassen oder zum Glühen dienen können. Die gesteuerten Atmosphären
können leicht dem technologischen Prozeß angepaßt werden, weil ihre Zusammensetzung
nicht durch ÖIdämpfe negativ beeinflußt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung ist auf
den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 einen Schnitt durch den
Kammerwärmeofen und den Manipulator, Fig. 2 einen Grundrißschnitt des Kammerwärmeofens,
der Kammerabdeckung des Härtebades und des Manipulators und eine Grundrißansicht
auf den Beschickungsrost, Fig. 3 eine Ansicht auf die Stirnfläche des Kammerwärmeofens,
an dessen Seitenteile die Reflexionsplatten
angeschlossen sind,
die Stirnfläche des Härtebades mit der Kammerabdeckung und den Beschickungsrost,
und.
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Fig. 4 einen Seitenschnitt durch die Reflexionsplatte.
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Die Einrichtung zur chemisch-thermischen Verarbeitung von Bestandteilen
aus metallischen Materialien in einer gesteuerten Atmosphäre besteht aus mindestens
einem Kammerwärmeofen 1 (Fig. 1 und 2), aus einem Härtebad 7 mit einer Kammerabdeckung
6 und aus anderen, technologisch zweckmäßigen Vorrichtungen, z. B. aus einem Beschikkungsrost
13. Diese Baugruppen sind in einer Linie angeordnet. Die Einrichtung umfaßt ferner
mindestens eine parallel zu dieser Linie bewegbaren Manipulator 8.
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Der Kammerwärmeofen 1, der mittels der Heizelemente 22 beheizt wird,
weist eine Tür 2 auf, die durch eine Hebevorrichtung 24 betätiqt wird und die in
einer Schutzhaube 3 angeordnet ist, die eine Eintrittsöffnung 4 besitzt, deren Stirnfläche
11 sich in der Ebene befindet, in welcher auch die Stirnfläche 12 der Eintrittsöffnung
5 der Kammerabdeckung 6 des Härtebades 7 liegt. In der Kammerabdeckung 6 des Härtebades
7 ist eine Stickstoffzuleitung 21 und ein Rauchableiter 20 angeordnet.
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Die Eintrittsöffnung 4 des Kammerwärmeofens 1 und die Eintrittsöffnung
5 des Härtebades 7 sind mit Flammen-oder Gasfächerrohren 15 versehen. Auf der anderen
Seite des Kammerwärmeofens 1 ist der Beschickungsrost 13 für das Einbringen des
Einsatzgutes 25 (Fig. 2 und 3) angeordnet. An jedem Seitenteil der Stirnfläche 11
der Eintrittsöffnung 4 des Kammerwärmeofens 1 ist in der Ebene der Stirnfläche 11
eine Reflexionsplatte 14 angeschlossen, die mit einer Zuleitung 17 für die gesteuerte
Atmosphäre und mit einem Flammen- und Gasfächerrohr 16 (Fig. 4) versehen ist. Die
Reflexionsplatten 14 füllen praktisch den Raum zwischen dem Beschickungsrost 13
mit dem Einsatzgut 25 und dem
Kammerwärmeofen 1 und zwischen dem
Kammerwärmeofen.1 und der Kammerabdeckung 6 des Härtebades 7 aus. Für die Gasabführung
aus diesen Fächern ist ein Sammler 18 mit einer Ableitung 19 bestimmt. Parallel
zu der Linie mit dem Beschickungsrost 13, dem Kammerwärmeofen 1 und der Kammerabdeckung
6 des Härtebades 7 verfährt auf einer vorbestimmten Bahn, vorzugsweise auf einer
Gleisstrekke (Fig. 1 und 2), der Manipulator 8, der Beschickungsgabeln 9 aufweist,
die in einer Schutzhaube 10 angeordnet sind, deren Eintrittsöffnugn 26 in der unmittelbaren
Nähe der Stirnfläche 11 der Eintrittsöffnung 4 des Kammerwärmeofens 1 sowie der
Stirnfläche 12 der Eintrittsöffnung 5 der Kammerabdeckung 6 des Härtebades 7 (Fig.
1 und 2) liegt. Mit der unmittelbaren Nähe der beiden Eintrittsöffnungen 4, 5 wird
ein technologisch möglicher Mindestabstand gemeint. Erforderlichenfalls kann die
Lücke zwischen den beiden Eintrittsöffnungen 4, 5 mit einer zweckmäßigen, an sich
bekannten Abdeckunq überdeckt werden. Der Manipulator 8 ist mit einer Sichtöffnung
23 versehen.
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Die beschriebene Einrichtung zur chemisch-thermischen Bearbeitung
von Bestandteilen aus metallischen Materialien in gesteuerter Atmosphäre arbeitet
so, daß der Manipulator 8 das Einsatzgut 25 von dem Beschickungsrost 13 übernimmt
und vor der Reflexionsplatte 14 dieses gegebenenfalls innerhalb seiner Schutzhaube
10 mit der zweckmäBig gesteuerten Atmosphäre spült. Die entweichenden Gase strömen
über den Sammler 18 und die Ableitung 19 ab. Daraufhin setzt der Manipulator 8 das
Einsatzgut 25 in den Kammerwärmeofen 1 ein, wo es zur Erwärmung oder zur chemisch-thermischen
Bearbeitung in der gesteuerten Atmosphäre kommt. Anschließend führt der Manipulator
8
das Einsatzgut 25 in den Bereich der Kammerabdeckung 6 des Härtebades
7, wo es dann mittels eines eigenen Mechanismus in das Öl im Härtebad 7 eingetaucht
wird, wodurch die Härtung der Werkstücke erreicht wird. Bei dem Verfahren verhindern
die Reflexionsplatten 14 ein Entweichen von Wärme aus dem Einsatzgut 25. Darüber
hinaus wird durch die Zuleitung 17 in die Schutzhaube 10 des Manipulators 8 eine
zweckmäßige Atmosphäre eingeführt, so daß unerwünschte Reaktionen des Einsatzgutes
25 mit Luft verhindert werden können.
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Die Einrichtung zur chemisch-thermischen Bearbeitung von Werkstücken
aus metallischen Materialien in einer gesteuerten Atmosphäre arbeitet gegebenenfalls
mittels den notwendigen, nicht dargestellten Geräten automatisch. Sie kann auch
durch einen Anlaßofen und eine Waschmaschine ergänzt werden. Es können auch zwei
Manipulatoren 8 verwendet werden.
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