DE3441338C2

DE3441338C2 -

Info

Publication number: DE3441338C2
Application number: DE19843441338
Authority: DE
Inventors: Paul 4190 Kleve De Hoehne
Original assignee: Ipsen International GmbH
Current assignee: Ipsen International GmbH
Priority date: 1984-11-13
Filing date: 1984-11-13
Publication date: 1988-04-14
Also published as: ATA270185A; CN1014078B; DE3441338A1; SU1487818A3; CN85107934A; JPH0116307B2; CN85204461U; JPS61119665A; AT392653B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke unter Verwendung eines Durchlauf- oder Durchstoßofens mit mindestens zwei von den Werkstücken nacheinander zu durchlaufenden Behandlungskammern mit Arbeitstüren zur jeweiligen Wärmebehandlung mehrerer Werk stückchargen, bei dem die einzelnen Werkstückchargen taktweise von der jeweiligen Behandlungskammer aufgenommen, in ihr unter Durchführung 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 Behandlungskammern 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 vorge nommen und in der zweiten Behandlungskammer eine Diffusions entkohlung durchgeführt, die zu den endgültigen gewünschten Werten der Einsatzhärtetiefe führt.

Bisher sind hierzu allein Durchstoßöfen bekannt. Bei diesen ist die Behandlungszeit einzelner Chargen nicht variabel. Jede Charge, die in den Ofen eingegeben wird, verläßt ihn in unveränderter Reihenfolge nach einer vor bestimmten 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 Dreh herdöfen 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 44 12 813); auch solche Drehherdöfen werden also nach dem bekannten Durchstoß- oder Durchlaufprinzip eingesetzt, gemäß dem die Verweilzeit aller Werkstücke in den einzelnen Durchlaufstationen (Behand lungskammern) gleich groß ist. Bei diesen bekannten Drehherd öfen ist es ferner nachteilig, daß der Ofenraum nicht in mehrere Zonen, mit zum Beispiel verschiedenen Kohlenstoff potentialen, unterteilt werden kann, so daß in der praktischen Anwendung, zum Beispiel beim Aufkohlen, Drehherdöfen nur bis zu einer Einsatzhärtetiefe von maximal 0,6 mm benutzt werden, da größere Einsatzhärtetiefen nicht oder nur sehr unwirt schaftlich erzielbar sind.

Der Erfindung liegt angesichts dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie einen Durchlaufofen zur Wärmebehandlung metalli scher Werkstücke der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit denen es unter Meidung der genannten Nachteile möglich ist, gleichzeitig Chargen unterschiedlicher Behandlungsart 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 hinsicht lich 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 Behandlungs kammern als Rundtaktofen mit teilweise drehbeweglichem Ofenherd, bei dem bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung die Arbeitstüren um mindestens 45°, bevorzugt 180°, zueinander ver setzt sein können, ausgebildet sind, wobei eine der Arbeitstüren eine Zwischentür zur nächsten Behandlungskammer ist.

Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, zur gleich zeitigen 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 betreffen den Behandlungskammer wieder abgegeben werden.

Es ist daher zum Beispiel möglich, daß eine der mindestens zwei Behandlungskammern in üblicher Weise von den einzelnen Werk stückchargen in unveränderter Reihenfolge, das heißt mit iden tischen Verweilzeiten, durchlaufen wird. Die andere, davor oder dahinter angeordnete, Behandlungskammer ist nach Art eines bevorzugt in zwei entgegengesetzten Bewegungsrichtungen verschiebbares Magazin 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 Arbeits tür des Wärmebehandlungsofens transportierbar (verschiebbar) sind. Der Zeitpunkt der Beschickung, die Behandlungsdauer sowie der Zeitpunkt der Entnahme wird nach einem vorgegebenen Wärme behandlungsprogramm 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 takt weise in der einen wie in der entgegengesetzten Drehrichtung drehbeweglichen Ofenherd ausgebildet ist, dessen Beschickungs takt regel- oder unregelmäßig ist und der als die betreffende Behandlungskammer dient. Die Drehrichtung des Herdes ist dabei beliebig wählbar und hängt davon ab, wo freie Stellplätze sind bzw. wo eine zu entnehmende Charge steht. Normalerweise wird dabei eine unregelmäßige taktweise Bewegung des Herdes über die automatische Steuerung von Behandlung und Entnahme durch geführt, 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 zusätz liche 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 Beschickungs seite und der Entnahmeseite in der Funktion als Anwärmkammer bzw. Ausgleichskammer. An letzterer ist üblicherweise zusätz lich eine Abschreckkammer angeschlossen.

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 Einsatzhärte tiefe und Chargen mit z. B. 1,2 mm Einsatzhärtetiefe angeordnet sein. Entsprechend der für beide Chargen unterschiedlichen Behandlungsdauer findet rechnergesteuert die Übergabe über die Zwischentür in die zweite Kammer (Diffusion) mit ent sprechender zeitlicher Differenz statt, wobei die Drehrichtung 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 Be handlungstemperaturen berücksichtigt und außerdem die Ladevor gänge auf die Ofenkapazität abstimmt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung, deren einzige Figur einen Durchlauf ofen 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 hinterein ander 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 die Anwärmkammer 1 transportiert und dabei unter einer kohlungsneutralen, nicht rußenden Atmosphäre auf eine Kohlungstemperatur von 830°C bis 900°C erwärmt. Die Anwärm kammer 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 eine 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 Bewegungsrich tungen wahlweise drehbar ist und achtzehn Chargenplätze besitzt. Die Drehbewegung wird taktweise rechnergesteuert in Abhängigkeit von der Charge und folglich der Bahandlungsdauer regelmäßig oder unregelmäßig in der einen oder entgegengesetzten Dreh richtung durchgeführt. Zur Durchführung eines Aufkohlungsvor gangs 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 14 zur Diffusionskammer 3 geöffnet wird. Eine Entladeeinrichtung in Form einer Druckkette 15 schiebt die Charge in diese Kammer, die als kleinerer Rundtaktofen ausge bildet ist.

Die Diffusionskammer 3 weist sechs Chargenplätze auf. Mittels nicht dargestellter Heizelemente wird eine Behandlungstemperatur von 90°C eingestellt, wobei als Schutzgas Endogas/Zusatzgas- Luft verwendet wird. Entsprechend der Dauer des Diffusionsvor ganges mit der für die Charge entsprechenden individuellen Verweilzeit wird der Verbleib der Charge in der Kammer 3 rechnergesteuert gewährleistet, die Charge sodann zur Entnahme 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 ausge bildet. 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 Rand kohlenstoffgehalt entspricht. Für den Transport durch den Stoß ofen sorgt wiederum ein Stoßzylinder 18. Nach erfolgter Tempe raturabsenkung und Ausgleich der Charge auf Härtetemperatur erreicht diese eine der beiden in der Zeichnung rechts darge stellten Entnahmepositionen. Entweder fördert ein eingebauter kalter Kettentrieb 19 die Charge auf dem strichpunktiert dar gestellten Weg auf einer Absenkplattform eines Ölabschreck bades 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, Form, Größe und Menge individuell möglich, so daß die Vorteile an sich bekannter Durchstoßöfen (vollautomatischer Betrieb, hohe Erwärmungsgeschwindigkeiten) bei Beibehaltung der zweistufigen Aufkohlung mit den Vorteilen eines Drehherd ofens unter Bereitstellung einer hohen Flexibilität vereinigt werden.

Bezugszeichenliste 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

Claims

1. Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke unter Verwendung eines Durchlauf- oder Durchstoßofens mit mindestens zwei von den Werkstücken nacheinander zu durchlaufenden Behandlungskammern mit Arbeitstüren zur jeweiligen Wärmebe handlung mehrerer Werkstückchargen, bei dem die einzelnen Werkstückchargen taktweise von der jeweiligen Behandlungs kammer aufgenommen, in ihr unter Durchführen der Wärmebehand lung weitertransportiert und nachfolgend wieder abgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer der Behandlungskammern die Werkstück chargen derart ungleichmäßig weitertransportiert werden, daß sie nach unterschiedlichen Verweilzeiten von der (den) betreffen den Behandlungskammer(n) abgegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Drehherdofens, der als Rundtaktofen mit taktweise in der einen wie in der entgegengesetzten Drehrichtung dreh beweglichem Ofenherd ausgebildet ist, dessen Bewegungstakt regel- oder unregelmäßig ist, als die betroffene(n) Behand lungskammer(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 Behand lungskammer zur Durchführung einer Diffusion bei abgesenktem C-Potential, wobei die beiden als separate Rundtaktöfen aus gebildeten Behandlungskammern durch eine Zwischentür getrennt sind, die vorzugsweise auf einer Achse mit der Beschickungstür und der Entnahmetür angeordnet sind.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 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 Ofen raum, 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 Behand 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 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche als Rundtaktöfen ausgebildete Kammern in planetenartiger Anordnung an die erste und/oder zweite Kammer angeschlossen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch die Anordnung je eines Durchstoßofens an der Beschickungs seite und der Entnahmeseite als Aufwärmkammer (1) bzw. Aus gleichskammer (4), an die vorzugsweise eine Abschreckkammer (5) angeschlossen ist.