DE3441338A1 - Verfahren zur waermebehandlung metallischer werkstuecke unter verwendung eines durchlauf- oder durchstossofens sowie vorrichtung zum durchfuehren dieses verfahrens - Google Patents
Verfahren zur waermebehandlung metallischer werkstuecke unter verwendung eines durchlauf- oder durchstossofens sowie vorrichtung zum durchfuehren dieses verfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke unter Verwendung eines Durchlaufoder
Durchstoßofens mit mindestens zwei von den Werkstücken nacheinander zu durchlaufenden Behandlungskammern mit
Arbeitstüren zur jeweiligen Wärmebehandlung mehrerer Werkstückchargen, bei dem die einzelnen Werkstückchargen taktweise
von der jeweiligen Behandlungskammer aufgenommen, in ihr unter Durchführen der Wärmebehandlung weitertransportiert
und nachfolgend wieder abgegeben werden sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens, insbesondere zum zweistufigen
Aufkohlen metallischer Werkstücke unter Schutzgas, mit einem in mehrere Behandlungskainmern unterschiedlicher Temperatur
und/oder Ofenatmosphäre unterteilten und mit je einer Tür für die Beschickung und die Entnahme der Werkstücke versehenen
Ofenraum. Dabei wird bevorzugt in der ersten Behandlungskammer
mit einem hohen Kohlenstoffpotential eine überkohlung vorgenommen und in der zweiten Behandlungskammer eine Duffusionsentkohlung
durchgeführt, die zu den endgültigen gewünschten Werten der Einsatzhärtetiefe führt. . .
Bisher sind hierzu allein Durchstoßöfen bekannt. Bei diesen
ist es nachteilig, daß die Behandlungszeit einzelner Chargen
nicht variabel ist. Jede Charge, die in den Ofen eingegeben wird, verläßt ihn in unveränderter Reihenfolge nach einer vorbestimmten
Zeitdauer . Hierdurch sind diese Durchstoßöfen nur beschränkt anwendbar, insbesondere für die Behandlung von
großen Zahlen gleichartiger Werkstücke, die eine unterschiedliche oder identische Behandlung erfahren müssen.- , . ■
Ferner sind* zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke Drehherdöfen
bekannt, bei denen auf einem ringförmigen Herd durch eine. Beschickungstür eingegebene Werkstücke den Ofen auf langem
Weg in bestimmter Drehrichtung durchlaufen, um dann, nach Abschluß der Wärmebehandlung, in derselben Reihenfolge wie 'bei der
Beschickung wieder entnommen zu werden (US-PS 4 412 813); auch
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solche Drehherdofen werden also nach dem bekannten Durchstoßoder
Durchlaufprinzip eingesetzt, gemäß dem die Verweilzeit
aller Werkstücke in den einzelnen Durchlaufstationen (Behandlungskammern)
gleich groß ist. Bei diesen bekannten Drehherdofen ist es ferner nachteilig, daß der Ofenraum nicht in
mehrere Zonen, mit zum Beispiel verschiedenen Kohlenstoffpotentialen,
unterteilt werden kann, so daß in der praktischen Anwendung, zum Beispiel beim Aufkohlen, Drehherdofen nur bis
zu einer Einsatzhärtetiefe von maximal 0,6 mm benutzt werden, da größere Einsatzhärtetiefen nicht oder nur sehr unwirtschaftlich
erzielbar sind. Der Erfindung liegt angesichts dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren sowie einen Durchlaufofen zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke der eingangs genannten Art zu entwickeln,
mit denen es unter Meidung der genannten Nachteile möglich
ist, gleichzeitig Chargen unterschiedlicher Behan.dlungs.art .und/
oder -dauer, insbesondere unterschiedlicher Einsatzhärtetiefe beim Aufkohlen in zweistufigen. Verfahren, bei voller Ausnutzung
der Ofenkapazität gleichzeitig zu behandeln. Hiermit .soll eine
hohe Flexibilität in der Anwendung des Ofens zur simultanen Behandlung von Werkstücken unterschiedlicher Größe, Form und
Menge erzielt werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich
eines Wärmebehandlungsverfahrens vorgeschlagen, daß in
mindestens einer der Behandlungskammern die Werkstückchargen
derart_unregelmäßig_weitertransportiert werden, .daß .sie nach
unterschiedlichen Verweilzeiten von der (den) betreffenden
Behandlungskammer(n) abgegeben werden; .hinsichtlich einer Vor—
.richtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagen, daß zwei J3ehandlungskammemals
Rundtaktofen mit teilweise drehbeweglichem Ofenherd,
bei dem bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung die
Arbeitstüren um mindestens 45°, bevorzugt 180°, zueinander versetzt
sein können, ausgebildet sind, wobei eine der Arbeitsturen
eine Zwischentür zur nächsten Behandlungskammer ist.
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Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin3 zur gleichzeitigen
Wärmebehandlung von Werkstückchargen, die eine unterschiedliche Behandlungsart und/oder -dauer erfordern,
einen Durchlauf- oder Durchstoßofen zu schaffen, bei dem die Entnahme der behandelten Werkstückcharge in anderer zeitlicher
Reihenfolge möglich ist als die Reihenfolge der Beschickung; hierzu werden die Werkstückchargen in mindestens einer der
Behandlungskammern derart ungleichmäßig weitertransportiert, daß sie nach unterschiedlichen Verweilzeiten von der betreffenden
Behandlungskammer wieder abgegeben werden.
Es ist daher zum Beispiel möglich, daß eine der mindestens zwei Behändlungskammern in üblicher Weise von den einzelnen Werkstückchargen
in unveränderter Reihenfolge, das heißt mit identischen .Verweilzeiten, durchlaufen wird. Die andere, davor
oder dahinter angeordnete, Behandlungskammer ist nach Art eines bevorzugt in zwei entgegengesetzten Bewegungsrichtungen
verschiebbares Maganzin ausgebildet, in dessen Atmosphäre die Wärmebehandlung stattfindet und welches eine Mehrzahl von
Speicherplätzen zur Aufnahme je einer Werkstückcharge aufweist, die zur Beschickung oder Entleerung vor die betreffende Arbeitstür des Wärmebehandlungsofens transportierbar (verschiebbar)
s.ind. Der Zeitpunkt der Beschickung, die Behandlungsdauer sowie der Zeitpunkt der Entnahme wird nach einem vorgegebenen Wärmebehandlungsprogramm
gesteuert. Ein solches Magazin kann eine ' oder mehrere gerade Reihen von Speicherplätzen aufweisen. Gemäß
einer Weiterbildung der Erfindung wird allerdings die Verwendung eines Drehherdofens bevorzugt, der als Rundtaktofen mit taktweise
in der einen wie in der entgegengesetzten Drehrichtung drehbeweglichen Ofenherd ausgebildet ist, dessen Beschickungstakt
regel- oder unregelmäßig' ist und*als die betreffende
Behandlungskammer dient. Die Drehrichtung des Herde ist dabei beliebig wählbar und hängt davon ab, wo freie Stellplätze sind
bzw. wo eine zu entnehmende Charge steht. Normalerweise wird
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dabei eine unregelmäßige taktweise Bewegung des Herdes über
die automatische Steuerung von Behandlung und Entnahme durchgeführt, jedoch sind auch regelmäßige Taktbewegungen bei der
Behandlung großer Mengen gleichartiger Teile einstellbar.
Um ein zweistufiges Aufkohlungsverfahren unter Erzielung
hoher Einsatzhärtetiefen von bis zu 1,8 mm in vorteilhafter Weise durchführen zu können, ist gemäß einer zweckmäßigen
Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, den Ofenraum als Doppelrundtaktofen mit einer ersten Kammer zum Aufkohlen bei
hohem C-Potential und einer zweiten Kammer zur Durchführung
einer Diffusion bei abgesenktem C-Potential auszubilden, wobei die beiden als separate Rundtaktöfen ausgebildeten
Kammern durch eine Zwischentür getrennt sind, die vorzugsweise auf einer Achse mit der Beschickungstür und der Entnahmetür
angeordnet ist. Zur Erweiterung der Flexibilität können zusätzliche
als Rundtaktöfen ausgebildete Kammern in planetenartiger Anordnung an die erste und/oder zweite Kammer angeschlossen
sein. Insbesondere zur Durchführung von Wärmebehandlungen an Teilen des Automobilbaus, wie Getriebeteilen, Motorteilen
zur Einzelbehandlung einerseits aber auch Schüttgut, wie Bolzen und Schrauben, andererseits, ist es zweckmäßig, den
als Durchlaufofen ausgebildeten Drehherdofen der Erfindung zu kombinieren mit je einem Durchstoßofen an der Beschickungsseite und der Entnahmeseite in der Punktion als Anwärmkammer
bzw. .Ausgleichskammer. An letzterer ist üblicherweise zusätz-—lieh
eine-Abschreckkammer angeschlossen. ; —n —
In einem solchen Ofen ist es möglich, gleichzeitig Chargen unterschiedlicher Einsatzhärtetiefe zu fahren. So können
beispielsweise in der ersten Kammer (Aufkohlen bei hohem C-Potential) gleichzeitig Chargen mit 0,5 mm Einsatzhärtetiefe und Chargen mit z.B. 1,2 mm Eirisatzhärtetiefe angeordnet
sein. Entsprechend der für beide Chargen unterschiedlichen Behandlungsdauer findet rechnergesteuert die übergabe über
die Zwischentür in die zweite Kammer (Diffusion) mit entsprechender
zeitlicher Differenz statt, wobei die Drehrichtung
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des Herdes derart gesteuert ist, daß kürzeste Bewegungswege eingehalten werden. Die gesamte Steuerung des Ofens wird mit
einem Rechner durchgeführt, welcher die Kohlenstoffpotentiale
sowie Kohlungs- und Diffusionsdauer bei den vorgegebenen Behandlungstemperaturen
berücksichtigt und außerdem die Ladevorgänge auf die Ofenkapazität abstimmt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
der zugehörigen Zeichnung, deren einzige Figur einen Durchlaufofen zur mehrstufigen Wärmebehandlung metallischer Werkstücke
unter Schutzgas zeigt, dessen beiden Behandlungskammern gemäß dem bevorzugten Vorschlag der Erfindung als Rundtaktöfen mit
taktweise drehbeweglichem Ofenherd ausgebildet sind.
In Richtung des Bewegungsweges der Werkstücke sind hintereinander angeordnet:
eine Anwärmkammer 1 als Stoßofen, eine Aufkohlungskammer 2 als Rundtaktofen,
eine Diffusionskammer 3 als Rundtaktofen,'
eine Ausgleichskammer 4 als Stoßofen und eine Abschreckkammer 5.
Die Kammern in ihrer Gesamtheit bilden einen Durchlaufofen zum zweistufigen Aufkohlen von Werkstücken unter Schutzgas.
~Die Werkstücke befinden sich'auf einem Grundrost 6 entweder .
einzeln oder auf Gestellen oder in Körben und gelangen in den Ofen durch eine Spülschleuse 7» die mit einer Aufgabetür 8
versehen-ist. Die Spülschleuse 7 ist Teil der Anwärmkammer 1 und schließt diese atmosphärisch von der Außenluft ab. Bei
geschlossener Zwischentür 9 zur Kammer 1 ist ein Spülvorgang durchführbar. . .
Die Kammer 1 wird mittels eines Stoßzylinders 10 bei geöffneter
Zwischentür 9 beschickt. Die Chargen werden taktweise durch
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die Anwärmkammer 1 transportiert und dabei unter einer
kohlungsneutralen, nicht rußenden Atmosphäre auf eine Kohlungstemperatur von 830° C bis 900° C erwärmt. Die Anwärmkammer
1 ist damit nach Art eines Stoßofens ausgebildet, wobei eine elektrische Beheizung und eine Unterteilung in zwei
Heizzonen (nicht dargestellt) vorgesehen ist. Als Schutzgas wird Endogas und Luft verwendet.
Am in der Zeichnung linken Ende der Anwärmkammer 1 ist eine Entladevorrichtung in Form einer Druckkette 11 angeordnet,
welche nach öffnen einer Zwischentür 12 die dort befindliche Charge in die angeschlossene Aufkohlungskammer 2 schiebt.
Die Aufkohlungskammer 2 ist als· Rundtaktofen ausgebildet. Sie weist einen Drehherd 13 auf,, der in beide Bewegungsrichtungen
wahlweise drehbar ist und achtzehn Chargenplätze besitzt. Die Drehbewegung wird taktweise rechnergesteuert in Abhängigkeit
von der Charge und folglich der Behandlungsdauer regelmäßig oder unregelmäßig in der einen oder entgegengesetzten Drehrichtung
durchgeführt. Zur Durchführung eines Aufkohlungsvorgangs
mit hohem Kohlenstoffpotential ist die Aufkohlungskammer 2 auf 900° C mittels in vier Heizzonen angeordneten Heizelementen
aufheizbar. Als Schutzgas wird Endogas mit einem Zusatzgas verwendet. Die Charge verbleibt entsprechend der zur Erzielung
einer vorgegebenen Einsatzhärtetiefe erforderlichen Zeit in der aufkohlenden Atmosphäre, die bis kurz unter der Rußgrenze
gehalten werden kann. Nach Ablauf der bestimmten Zeit wird die Charge auf dem Drehherd 13 zur Entnahmeseite gefahren, wo eine
Zwischentür l4 zur Diffusionskammer 3 geöffnet wird. Eine ' ·
Entladeeinrichtung in Form einer Druckkette 15 schiebt die · Charge in diese Kammer, die als kleinerer Rundtaktofen ausgebildet
ist.
Die Diffusionskammer 3 weist sechs Chargenplätze auf. Mittels
nicht dargestellter Heizelemente wird eine Behändlungstemperatur von 900° C eingestellt, wobei als Schutzgas Endogas/Zusatzgas-Luft
verwendet wird. Entsprechend der Dauerndes Diffusionsvorganges
mit der für die Charge entsprechenden individuellen
Verweilzeit wird der Verbleib der Charge in der Kammer 3 ^
rechnergesteuert gewährleistet, die Charge sodann zur Entnahme-
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seite auf kürzestem Wege durch Drehung des Herdes nach links oder rechts befördert und dort nach öffnen einer Zwischentür
16 der Transport in die Ausgleichskammer 4 mittels einer Kette
17 vorgenommen.
Die Ausgleichskammer 4 ist nach Art eines Stoßofens ausgebildet. Sie weist in zwei Zonen verteilte, nicht dargestellte
Heizelemente auf, die eine gewünschte Temperatureinstellung, beispielsweise zum Abheizen der Charge auf Härtetemperatur
von 850° C ermöglichen. Als Schutzgas wird Endogas/Zusatzgas+Luft verwendet.
In der Ausgleichskammer 4 wird die Charge auf Härtetemperatur abgeheizt unter einer Atmosphäre, die dem gewünschten Randkohlenstoff
gehalt entspricht. Pur den Transport durch den Stoßofen sorgt wiederum ein Stoßzylinder 18. Nach erfolgter Temperaturabsenkung
und Ausgleich der Charge auf Härtetemperatur erreicht diese eine der bei-den in der Zeichnung rechts dargestellten
Entnahmepositionen. Entweder fördert ein eingebauter kalter Kettentrieb 19 die Charge auf dem strichpunktiert dargestellten
Weg auf einer Absenkplattform eines ölabschreckbades der Härtekammer 5 oder wird eine Einzelentnahme durch
eine Schlitztür 20 durchgeführt. ■
Mit dem beschriebenen Ofen ist auf wirtschaftliche Weise die zweistufige Aufkohlungsbehandlung verschiedener Werkstücke
-nach -Material-y—Form, Größe und Menge -individuell möglich,--so-daß-die
Vorteile an sich bekannter Durchstoßofen (vollautomatischer Betrieb, hohe Erwärmungsgeschwindigkeiten) bei Beibehaltung
der zweistufigen Aufkohlung mit den Vorteilen eines Drehherdofens unter Bereitstellung einer hohen Flexibilität vereinigt
werden. ' .
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R/SCH/sz
1 Anwärmkammer
2 Aufkohlungskammer
3 Diffusionskammer
4 Ausgleichskammer
5 Härtekammer
6 Grundrost
7 Spülschleuse
8 Aufgabetür
9 Zwischentür
10 Stoßzylinder
11 Druckkette
12 Zwischentür
13 Drehherd
14 Zwischentür
15 Druckkette
16 Zwischentür
17 Kette - "' . ■·- ■ ■
18 Stoßzylinder
19 Kettentrieb
20 Schlitztür
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- Leerseite
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Claims (7)
1. Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke unter Verwendung eines Durchlauf- oder Durchstoßofens mit mindestens
zwei von den Werkstücken nacheinander zu durchlaufenden Behandlungskammern mit Arbeitsturen zur jeweiligen Wärmebehandlung
mehrerer Werkstückchargen, bei dem die einzelnen Werkstückchargen taktweise von der jeweiligen Behandlungskammer aufgenommen, in ihr unter Durchführen der Wärmebehand-
__Ji^g.J?eit.er.tr^nspprtiert_und._iiaohfolgend wieder abgegeben
werden,
dadurch gekennzeichnet, . .. daß in mindestens einer der Behandlungskammern die Werkstückchargen
derart ungleichmäßig weitertransportiert werden, daß sie nach unterschiedlichen Verweilzeiten von der (den) betreffenden
Behandlungskammer(n) abgegeben werden.
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2. Verfahren nach Anspruch I9 gekennzeichnet durch die Verwendung
eines Drehherdofens, der als Rundtaktofen mit taktweise in der einen wie in der entgegengesetzten Drehrichtung drehbeweglichem
Ofenherd ausgebildet ist, dessen Bewegungstakt regel- oder unregelmäßig ist, als die betroffene(n) Behandlungskammer
(n) .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung
eines Doppelrundtaktofens mit einer ersten Behandlungskammer zum Aufkohlen bei hohem C-Potential und einer zweiten Behandlungskammer
zur Durchführung einer Diffusion bei abgesenktem C-Potential, wobei die beiden als separate Rundtaktöfen ausgebildeten
Behandlungskammern durch eine Zwischentür getrennt sind, die vorzugsweise auf einer Achse mit der Beschickungstür
und der Entnähmetür angeordnet sind.
4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis J>} insbesondere zum zweistufigen Aufkohlen
metallischer Werkstücke unter Schutzgas, mit einem in mehrere Behandlungskammern unterschiedlicher Temperatur und/oder
Ofenatmosphäre unterteilten und mit je einer Tür für die Beschickung und die Entnahme der Werkstücke versehenen Ofenraum,
■ ■ ' ' ■ ':
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Behandlungskammern(2,3) als Rundtaktofen mit takt- /
weise drehbeweglichem Ofenherd ausgebildet sind, wobei eine
der -Arbeitstüren eine -Zwischentür (14) zur nächsten-Behänd
lungskammer (3). ist. ' ■ " -------
5.- Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die "
Arbeitstüren um mindestens 45° zueinander versetzt sind. " :
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 53 dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzliche als Rundtaktöfen ausgebildete Kammern in planetenartiger Anordnung an die erste und/oder zweite Kammer
angeschlossen sind.
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7. Vorrichtung nach einem(der Ansprüche 4 bis 63 gekennzeichnet
durch die Anordnung je eines Durchstoßofens an der Beschickungsseite und der Entnahmeseite als Aufwärmkammer (1) bzw. Ausgleichskammer
(4), an die vorzugsweise eine Abschreckkammer (5) angeschlossen ist.
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