DE3306218A1

DE3306218A1 - Kombiniertes waerme- und oberflaechenbehandlungsverfahren

Info

Publication number: DE3306218A1
Application number: DE19833306218
Authority: DE
Inventors: Walter Dr. Döpper; Kurt 8720 Schweinfurt Zerbst; Roland 8722 Obereuerheim Zichner; Dieter 8720 Schweinfurt Zimmermann
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1983-02-23
Filing date: 1983-02-23
Publication date: 1984-08-23

Description

FICHTEL & SACHS AG - SCH W EINF U RT

ANR 1 001 485 Reg.-Nr. 12 171

PATENTANMELDUNG KOMBINIERTES WÄRME- UND OBERFLÄCHENBEHANDLUNGSVERFAHREN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärme- und Oberflächenbehandlung von Bauteilen, wobei die Wärmebehandlung in einem Reaktionsbehältnis unter Zufuhr von Prozeßmedien, Wärme- und Bewegungsenergie erfolgt, während die Oberflächenbehandlung in einem weiteren Reaktionsbehältnis mit Prozeßmedium und unter Zufuhr von Bewegungsenergie vorgenommen wird.

Für Bauteile, die einer Wärme- und Oberflächenbehandlung unterzogen werden müssen, ist es bekannt, die Bauteile zuerst in ein erstes Reaktionsbehältnis einzuführen, wobei unter Zufuhr entsprechender Prozeßmedien eine Behandlung durchgeführt wird. Anschließend v/erden die Bauteile in ein zweites Reaktionsbehältnis eingebracht und dort unter Zufuhr entsprechender Prozeßmedien der weiteren Behandlung unterzogen. Üblicherweise wird im ersten Reaktionsbehältnis die Wärmebehandlung vorgenommen, während die Oberflächenbehandlung im zweiten Reaktionsbehältnis durchgeführt wird. Nachteilig ist bei den bekannten Verfahren, daß das/Handling umständlich ist, da derartige diskontinuierliche Verfahren mehrere Beschickungsvorgänge erfordern und üblicherweise mit Transportwegen zwischen den verschiedenen Reaktionsbehältnissen behaftet sind. Oftmals ist außerdem ein umständliches Trennen der Bauteile von den Prozeßmedien erforderlich, so daß die Arbeitsbedingungen für den Menschen vielfach unbefriedigend sind. Die erforderlichen Umfüll- und Transportarbeiten sind zeitaufwendig und können zu Qualitätseinbußen führen. Ferner ist der Energieaufwand groß, da jedem Reaktionsbehältnis Bewegungs- und/oder Wärmeenergie zuzuführen ist.

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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wärme- und Oberflächenbehandlungsverfahren zu schaffen, welches die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet. Das Verfahren soll gute Arbeitsbedingungen für den Menschen schaffen, eine kurze Durchlauf- und Behandlungszeit für die Bauteile aufweisen, eine hohe Produktqualität sicherstellen, eine gute Energieausnutzung gewährleisten und verschiedene Verfahrenskombinationen ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärme- und Oberflächenbehandlung in einem Behältnis mit einer oder mehreren Zone(n), vorzugsweise im kontinuierlichen Durchlauf, durchgeführt/wird, wobei diesem Behältnis außer den Bauteilen sämtliche erforderlichen Prozeßmedien sowie die Wärme- und Bewegungsenergie zugeführt werden. Durch diese erfindungsgemäßen Merkmale wird das Handling infolge Wegfall von Umfüll- und Transportvorgängen wesentlich verbessert und gute Arbeitsbedingungen werden geschaffen. Ferner wird dadurch eine kurze Durchlauf- und Behandlungszeit gewährleistet sowie eine gute Energieausnutzung ermöglicht, da das Wärme- und Oberflächenbehandlungsverfahren in.einem Behältnis durchgeführt wird, was außerdem einer Verbesserung der Produktqualität dient. Die Anordnung mehrerer Zonen im Reaktionsbehältnis ermöglicht es, die Verfahrenskombinationen in gewünschter Weise zu variieren, da den einzelnen Zonen die Prozeßmedien genau dosiert zugeführt werden können, wie dies ein weiteres Merkmal der Erfindung zeigt. Hierbei dient die erste Zone der Einbringung der Teile und ggf, eines Teiles des Prozeßmediums, während in den nachfolgenden Zonen jeweils ein oder mehrere zonenspezifisch erforderliche weitere Prozeßmedien zugeführt werden.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung gelangen als Prozeßmedien feste, flüssige und/oder gasförmige Stoffe einzeln oder in Kombination zur Anwendung, Hierbei werden erfindungsgemäß den Zonen des Behältnisses die jeweiligen Prozeßmedien vorzugsweise kontinuierlich zugeführt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn - wie die Erfindung zeigt der vorzugsweise kontinuierliche Durchlauf der Bauteile mittels

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eines Wirbelbettverfahrens erzielt wird. Das Wlrbelbettyerfahren gestattet eine innige Berührung durch Anpressung der Wirbelbettfüllung an die Bauteile, so daß ein guter Wärmeübergang vom Wirbelbett auf die Bauteile gewährleistet wird. Zum Transport der Bauteile durch das Behältnis ist es vorteilhaft, wenn erfindungsgemäß das Wirbelbettverfahren vorzugsweise mit einer zusätzlichen mechanischen Schwingungsenergie kombiniert wird, wobei diese Schwingungsenergie merkmalsgemäß eine im Ultraschallbereich liegende Frequenz aufweist. Um nicht nur die Wärmebehandlung im Wirbelbett durchzuführen, sondern auch die Oberflächenbehandlung vorzunehmen, ist gemäß einem weiteren Merkmai der Erfindung die die Bauteile ,aufnehmende Wirbelbettfüllung ein als Scheuermittel ausgebildetes Prozeßmedium wie Aluminiumoxyd.

Verschiedene Durchlaufzeiten der Bauteile durch die einzelnen Zonen im Behältnis werden auf einfache Weise dadurch erzielt, daß erfindungsgemäß die dem Behältnis zugeordneten Zonen vorzugsweise unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen.

Eine besonders gute Ausnützung der eingesetzten Wärmeenergie wird, wie die Erfindung zeigt, dadurch erzielt, daß die Wirbelbettfüllung zur Rückgewinnung von Wärmeenergie verwendet wird. Diesem Zweck dient merkmalsgemäß auch, daß die zur ersten Zone führende Beschickungsöffnung eine gegenüber der Querschnittsfläche der Zone kleine Querschnittsfläche aufweist.

Dem für die Wärme- und Oberflächenbehandlung dienenden Behältnis sind Kreisläufe für die Prozeßmedien zugeordnet, wobei gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung eines oder mehrere der Prozeßmedien kontinuierlich ergänzt, regeneriert und/oder separiert wird bzw. daß eines oder mehrere der Prozeßmedien diskontinuierlich ergänzt, regeneriert und/oder separiert wird bzw, werden.

Eine einfache Möglichkeit, das Wärme- und Oberflächenbehandlungsverfahren für die jeweils gewünschten Anforderungen variieren zu können, wird gemäß der Erfindung dadurch erzielt, daß im Behältnis eine ein- oder mehrstufige Wärmebehandlung sowie eine ein- oder mehrstufige Oberflächenbehandlung im Durchlaufverfahren vorgenommen wird. Dabei ist entsprechend weiterer Merkmale der Erfindung

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jeder Behandlungsstufe mincfest'ens eine ""Zone" des Behältnisses zugeordnet, wobei jede Zone eine vorbestimmte Verweilzeit für die Bauteile aufweist.

Eine Verkürzung der Durchlauf- und Behandlungszeit der Bauteile wird erzielt, indem das Wirbelbettverfahren eine schnelle und gleichmäßige Wärmebehandlung der Bauteile durch die' innige Berührung mit der Wirbelbettfüllung ermöglicht, wodurch die Bauteile eine Qualitätsverbesserung erfahren. Dabei wird die für die Wärmebehandlung aufzuwendende Wärmeenergie besonders gut ausgenutzt, wenn entsprechend einem Merkmal der Erfindung die WirbelbettfüLlung im Gegenstromprinzip dem Behältnis zugeführt wird. Hierbei geben die Bauteile in der Abkühlungsphase die Wärme an die zugeführte Wirbelbettfüllung ab, wobei dann die Wirbelbettfüllung entgegen der Teilebewegung den heißeren Zonen im Behältnis zugeführt wird. Auf diese Weise wird eine Rückgewinnung der den Bauteilen zugeführten Wärme erzielt.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einer Zeichnung näher erläutert:

Die Figur zeigt in schematiacher Darstellung die Wärme- und Oberflächenbehandlung von Bauteilen. In dieser Prinzipskizze ist das Behältnis 1 mit einer Beschickungsöffnung 2 versehen, durch welche die aus dem Rohteilbehälter 3 mittels einer Zuführeinrichtung geförderten Teile eingebracht werden= Das Behältnis 1 weist ferner einen Teileauslauf 5 auf, wobei zwischen dem Teileauslauf 5 und der Beschickungsöffnung 2 die Behandlungszonen 6, 7_S 8 ^un(ä 9 vorgesehen sind. Die Wärmeenergie wird durch eine Heizung 10 zugeführt, während die mechanische Schwingungsenergie 11 auf das Behältnis 1 übertragen wird. Im Innenraum des Behältnisses 1 befindet sich die Wirbelbett füllung 12, für die ein Überlauf 13 vorgesehen ist. Die Wirbelbettfüllung 12 ist ein als Scheuermittel ausgebildetes Prozeßmedium und kann durch Aluminiumoxyd gebildet sein. Für das Feststoff-Prozeßmedium bzw. die Feststoff-Prozeßmedien ist ein gesonderter Kreislauf vorgesehen, der im wesentlichen aus dem Behälter Ik besteht, welcher zur Regeneration und ggf, zur Ergänzung des Prozeßmediums bzw, der Prozeßme-

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dien dient, über den vom überlauf 13 führenden Abfluß 15 wird das Feststoff-Prozeßmedium bzw. werden die Feststoff-Prozeßmedien mittels einer Fördereinrichtung 17 und eines Zulaufes 18 in den Behälter I¹I gefördert und gelangt bzw, gelangen von dort über den Behälterabfluß 19 und eine Zumeßeinrichtung 20 in das Behältnis 1, Ein weiterer Kreislauf ist den vorwiegend gasförmigen Prozeßmedien zugeordnet, der im wesentlichen aus dem Sammelraum 21 im Behältnis 1, der Beschickungsöffnung 2, der Rückführleitung 22, dem Behälter 23 für die gasförmigen Prozeßmedien und dem Ergänzungsbehälter 2k besteht, über die Behälterabflußleitung 25, die Fördereinrichtung 26 und die Zulaufleitung 27 wird den Zonen 6, 7 und 8 mittels der Abzweigungen 28, 30 und 32 das gasförmige Prozeßmedium 'zugeführt, wobei durch entsprechende Zumeßeinrichtungen 29, 31 und 33 die Zufuhrmenge des Prozeßmediums bzw. der Prozeßmedien zu den einzelnen Zonen 6_t 7 und 8 gesteuert wird.

In der schematischen Darstellung gelangen die durch die Beschikkungsöffnung 2 eingebrachten Rohteile zuerst in die im Behältnis 1 befindliche Wirbelbettfüllung 12 im Bereich der Zone 16. Dieser Zone 16 wird durch die Abzweigleitung 28 und die Zumeßeinrichtung 29 Prozeßmedium zugeführt, während durch die Heizung 10 die Erwärmung des Wirbelbettes 12 und damit der Teile 4 vorgenommen wird. Die Menge des Prozeßmediums bzw. der Prozeßmedien wird durch diese Zumeßeinrichtung 29 gesteuert. In der anschließenden Zone 117 wird durch die Abzweigleitung 30 und die Zumeßeinrichtung 31 Prozeßmedium zugeführt, wobei in dieser Zone 117 die Temperatur der Teile gehalten wird. In der nachfolgenden Zqfrie 118 findet die Abkühlung der Bauteile statt, wobei die Bauteile ihre Wärme an die Wirbelbettfüllung 12 abgeben. Bei Bedarf wird in dieser Zone_ III8 Prozeßmedium über die Abzweigleitung 32 und die Zumeßeinrichtung 33 zugeführt. In der anschließenden Zone IV9 findet die Abtrennung der Wirbelbettfüllung 12 von den Bauteilen statt, so daß nur noch die fertig behandelten Bauteile den Teileauslauf 5 verlassen. Das die Wirbelbettfüllung 12 durchströmende, gasförmige Prozeßmedium gelangt vom Sammelraum 21 über die Beschickungsöffnung 2 und die Rückführleitung 22 in den Behälter 23, in welchem eine Regeneration stattfindet und in den bei Bedarf aus dem Ergänzungsbehälter 2*J Prozeßmedium zufließt. Die Wirbel-

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bettfüllung 12 wird über den Abfluß 19 des Behälters I^ und die Zumeßeinrichtung 20 in den Innenraum des Behältnisses eingeführt, und zwar im Bereich der Zone III8„ Infolge des Überlaufes 13 kann ein Teil der Wirbelbettfüllung 12 durch den Abfluß 15 zur Fördereinrichtung 17 gelangen, während ein weiterer Teil der Wirbelbettfüllung 12 in der Zone IV9 von den Bauteilen separiert wird und über den Abfluß 16 zur Fördereinrichtung 17 gelangt, über den Zulauf 18 kommt die Wirbelbettfüllung 12 in den Behälter Ik_s in dem eine Regeneration und Ergänzung vorgenommen wird.

Da dem Behältnis 1 mechanische Schwingungsenergie 11 zugeführt wird unfcl die Wirbelbettfüllung 12 ein als Scheuermittel ausgebildetes Prozeßmedium ist, findet gleichzeitig eine mechanische Oberflächenbehandlung statt. Die Oberflächenbehandlung kann als Oberflächenveredelung wie Reinigen. Entzundern,, Be- oder Entschichten, Glätten, Aufrauhen usw, oder als Oberflächenhearbei~ tung wie Entgraten, Runden usw. in der Wirbelbettfüllung 12 vorgenommen werden, während gleichzeitig in den Zonen I, II, III, 6, 7, 8 die Wärmebehandlung vorgenommen wird. Die den jeweiligen Zonen zugeführten Prozeßmedien können durch verschiedene Gase gebildet sein, je nachdem, ob eine Gasaufkohlung, eine Nitrierung oder Borierung erzielt werden soll, So dient für die Wärmebehandlung die Zone 16 beispielsweise der Erwärmung, die Zone 117 dem Halten der Temperatur und die Zone III8 dem Abkühlen der Bauteile.

Wie die vorstehende Beschreibung zeigt, können durch das in einem Behältnis durchgeführte Wärme- und Oberflächenbehandlungsverfahren ein'- und mehrstufige Wärmebehandlungen sowie ein*- und mehrstufige Oberflächenbehandlungen durchgeführt vferden.

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Claims

PICHTEL & SACHS AG - SCHWEINFURT

ANR 1 001 485 Reg.-Nr, 12

PATENTANMELDUNG KOMBINIERTES WÄRME- UND OBERFLÄCHENBEHANDLUNGSVERFAHREN

I .PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Wärme- und Oberflächenbehandlung von Bauteilen, ' " wobei die Wärmebehandlung in einem Reaktionsbehältnis unter Zufuhr von Prozeßmedien, Wärme- und Bewegungsenergie erfolgt, während die Oberflächenbehandlung in einem weiteren Reaktionsbehältnis mit Prozeßmedium und unter Zufuhr von Bewegungsenergie vorgenommen wird, dad. gek., daß die Wärme- und Oberflächenbehandlung in einem.. Behältnis (1) mit einer oder mehreren" Zone(.n) (6, 7, 8) vorzugsweise im kontinuierlichen Durchlauf durchgeführt wird, wobei diesem Behältnis (1) außer den Bauteilen (.Rohteile k) sämtliche erforderlichen Prozeßmedien sowie die Wärme- (Heizung 10) und Bewegungsenergie (mechanische Schwingungsenergie 11) zugeführt werden,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dad. gek., daß die erste Zone (6) der Einbringung CBeschickungsöffnung 2) der Teile (Rohteile 4) und ggf. eines Teiles des Prozeßmediums (Abzweigleitung 28, Zumeßeinrichtung 29) dient und in den nachfolgenden Zonen (7, 8) jeweils ein oder mehrere zonenspezifisch erforderliche weitere Prozeßmedien (Abzweigleitungen 30, 32;; Zumeßeinrichtungen 31, 33) zugeführt werden,

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dad. ,gek., daß als Prozeßmedien feste, flüssige und/oder gasförmige Stoffe einzeln oder in Kombination zur Anwendung gelangen.

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i]. Verfahren nach den Ansprücher. 1 bis 3, dad. gek, , daß den Zonen (6, 7, 8) des Behältnisses (1) die jeweiligen Prozeßmedien vorzugsweise kontinuierlich zugeführt werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis l\ _f dad. gek.. daß der vorzugsweise kontinuierliche Durchlauf der Bauteile (4) mittels eines Wirbelbettverfahrens erzielt wird,

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dad, gek,, daß das Wirbelbettverfahren vorzugsweise mit einer zusätzlichen mechanischen Schwingungsenergie (11) kombiniert wird.

.7, Verfahren'nach den Ansprüchen 1 bis 6, dad. gek., daß die Schwingungsenergie (11) eine im Ultraschallbereich liegende Frequenz aufweist,

8, Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dad, gek., daß die die Bauteile (4) aufnehmende Wirbelbettfüllung (12) ein als Scheuermittel ausgebildetes Prozeßmedium wie Aluminiumoxyd ist.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dad. gek., daß die dem Behältnis CD zugeordneten Zonen (6, 7, 8, 9) vorzugsweise unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dad, gek,_? daß die Wirbelbettfüllung (12) zur Rückgewinnung von Wärmeenergie verwendet wird, /

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dad, gek., daß die zur ersten Zone (6) führende Beschickungsöffnung (2) eine gegenüber der Querschnittsfläche der Zone (6) kleine Querschnittsfläche aufweist.

12. Verfahren nach den Ansprücnen 1 bis,„ll, dad, gek_tJ daß eines oder mehrere der Prozeßmedien kontinuierlich, ergänzt, regeneriert und/oder separiert wird bzw. werden,

13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dad, gek., daß eines oder mehrere der Prozeßmedien diskontinuierlich ergänzt, regeneriert und/oder separiert wird bzw, werden,

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lH. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dad, gek,, daß im Behältnis (1) eine ein- oder mehrstufige Wärmebehandlung sowie eine ein- oder mehrstufige Oberflächenbehandlung in Durchlaufverfahren vorgenommen wird„

15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dad, gek., daß jeder Behandlungsstufe mindestens eine Zone (6, 7, 8) des Behältnisses (1) zugeordnet ist,

16. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 15, dad, gek., daß jeder Zone (6, 7, 8) eine vorbestimmte Verweilzeit für die Bauteile (4) zugeordnet ist,

17. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 16, dad, gek., daß durch das Wirbelhettverfahren eine schnelle und gleichmäßige Wärmebehandlung der Bauteile (4) durch die innige Berührung mit der Wirbelbettfüllung (12) erzielt wird,

18. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 17, dad. gek,, daß die Wirbelbettfüllung (12) im Gegenstromprinzip dem Behältnis (1) zugeführt wird.

27.OI.I983

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